位相型回折格子および位相型回折格子の製造方法ならびにＸ線撮像装置
【課題】本発明は、表面の粗さをより低減し得る位相型回折格子および該製造方法ならびにこれを用いたＸ線撮像装置を提供する。
【解決手段】本発明の位相型回折格子は、第１光学的距離に対応する第１厚さを有して所定の規則に従って配列された複数の第１光学的距離部分１２ａと、これらを通過したＸ線に対して所定の位相差を生じさせる第２光学的距離に対応する第２厚さを有して複数の第１光学的距離部分１２ａに応じて配列された第２光学的距離部分１２ｂとを入射面と射出面との間に備え、第２光学的距離部分１２ｂは、複数の光学的要素で構成され、これら複数の光学的要素のうちで最も外部に露出する最外露出の光学的要素部分１２ｂ２の光学的要素は、仕様によって許容される表面粗さを持つ厚さであり、第１光学的距離部分１２ａは、第２光学的距離部分１２ｂの複数の光学的要素における各屈折率よりも高い屈折率を持つ１個の光学的要素で構成される。
【解決手段】本発明の位相型回折格子は、第１光学的距離に対応する第１厚さを有して所定の規則に従って配列された複数の第１光学的距離部分１２ａと、これらを通過したＸ線に対して所定の位相差を生じさせる第２光学的距離に対応する第２厚さを有して複数の第１光学的距離部分１２ａに応じて配列された第２光学的距離部分１２ｂとを入射面と射出面との間に備え、第２光学的距離部分１２ｂは、複数の光学的要素で構成され、これら複数の光学的要素のうちで最も外部に露出する最外露出の光学的要素部分１２ｂ２の光学的要素は、仕様によって許容される表面粗さを持つ厚さであり、第１光学的距離部分１２ａは、第２光学的距離部分１２ｂの複数の光学的要素における各屈折率よりも高い屈折率を持つ１個の光学的要素で構成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位相型回折格子に関し、特に、表面の粗さをより低減することができる位相型回折格子に関する。そして、本発明は、この位相型回折格子を製造する位相型回折格子の製造方法および該位相型回折格子を用いたＸ線撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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進展しつつある。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。
【０００３】
この位相型回折格子は、例えば、第１光学的距離に対応する第１屈折率および第１厚さを有して一方向に線状に延びる複数の第１光学的距離部分と、前記第１光学的距離部分を通過した波に対して所定の位相差を生じさせる第２光学的距離に対応する第２屈折率および第２厚さを有して前記一方向に線状に延びる複数の第２光学的距離部分とを入射面と射出面との間に備え、これら複数の第１光学的距離部分と複数の第２光学的距離部分とは、交互に平行に配設される。なお、光路中に複数の媒質が存在する場合では、この光路における光学的距離は、各媒質での各光学的距離の和となる。このような位相型回折格子は、例えば、特許文献１に開示されている。
【０００４】
この特許文献１に開示の位相格子は、シリコンウェハ内に長方形構造体である複数の隙間をドライエッチングで空けることによって形成された、交互に平行に配設される複数の突条部および複数の前記隙間を備えている。そして、この特許文献１に開示の位相格子は、さらに、前記突条部を通過したＸ線と前記隙間を通過したＸ線との強度（振幅）を一致させ、０次回折光を消すために、前記複数の隙間における各底部には、充填材料がさらに配設されている（［００３２］段落、［００４９］段落および図４）。そして、このような構成の位相格子は、特許文献１の［００５０］段落によれば、前記充填材料を格子にスパッタリングし、引き続き格子の表面、つまり突条部の末端を化学−機械的に研磨することによって製造される。
【０００５】
一方、このような位相型回折格子は、前記特許文献１やあるいは特許文献２に開示されているように、Ｘ線干渉計、例えばタルボ干渉計に利用され、さらに、このタルボ干渉計を用いたいわゆる位相コントラスト法によるＸ線撮像装置に利用されている。
【０００６】
図１６は、従来技術におけるＸ線撮像装置の概略的な構成を示す図である。図１６（Ａ）は、特許文献２に記載のＸ線撮像装置の概略的な構成を示す説明図であり、図１６（Ｂ）は、その上面図である。図１６において、この特許文献２に記載のＸ線撮像装置１０００は、Ｘ線源１００１と、Ｘ線源１００１から照射されるＸ線を回折する位相型回折格子１００２と、位相型回折格子１００２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回折格子１００３と、振幅型回折格子１００３により画像コントラストの生じたＸ線を検出するＸ線画像検出器１００４とを備え、位相型回折格子１００２および振幅型回折格子１００３がタルボ干渉計を構成する条件に設定される。この条件は、次の式１および式２によって表される。式２は、Ｘ線源１００１側に配置される回折格子１００２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１００１の開口径であり、Ｌは、Ｘ線源１００１から位相型回折格子１００２までの距離であり、Ｚ１は、位相型回折格子１００２から振幅型回折格子１００３までの距離であり、Ｚ２は、振幅型回折格子１００３からＸ線画像検出器１００４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）である。
【０００７】
このような構成のＸ線撮像装置１０００では、Ｘ線源１００１と位相型回折格子１００２との間に被検体１０１０が配置され、Ｘ線源１００１から位相型回折格子１００２に向けてＸ線が照射される。この照射されたＸ線は、位相型回折格子１００２でタルボ効果を生じ、タルボ像を形成する。このタルボ像が振幅型回折格子１００３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１００４で検出される。このモアレ縞は、被検体１０１０によって変調を受けており、この変調量が被検体１０１０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１０１０およびその内部の構造を検出することができる。
【０００８】
ここで、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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００７−２０３０６４号公報
【特許文献２】国際公開第２００４／０５８０７０号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、このような位相型回折格子に入射されるＸ線、あるいは、位相型回折格子から射出されるＸ線は、その表面が粗いとその粗い表面によって散乱してしまう。その結果、設計値に応じた位相型回折格子の性能が達成されなくなってしてしまう。前記特許文献１では、この点の言及は全くなく、考慮されていない。
【００１１】
例えば、第１および第２光学的距離部分が金属および空気で形成される場合であって、２８ｋｅＶ（波長０．０４ｎｍ）のＸ線に適用されるπ／２型位相型回折格子を設計する場合に、比較的大きく位相を変化させる金が前記金属として用いられる場合、その金の厚さは、２．７μｍとなる。このような膜（層）としては比較的厚い金を形成する手法は、電鋳法（湿式電界メッキ法）が好適であるが、このような厚さの金を電鋳法で形成すると、その表面が粗くなってしまう。
【００１２】
そこで、これを回避するべく、上記金属、上記例では金に代え、表面を比較的平滑に加工の可能なシリコン基板が用いられる場合、上述と同じ条件で、すなわち、２８ｋｅＶのＸ線に適用されるπ／２型位相型回折格子では、シリコンの厚さは、１８μｍとなる。このような厚さの格子を持つ位相型回折格子では、Ｘ線源１００１から放射したＸ線は、Ｘ線源１００１が一般に略点光源であるため、放射状に拡がるので、位相型回折格子１００２の中心領域では、Ｘ線が格子と略平行に入射され、タルボ干渉計として機能するが、位相型回折格子１００２の両サイドの各領域では、Ｘ線が格子に対して斜めに入射されるため、位相型回折格子の機能を適切に発揮することができず、タルボ干渉計として適切に機能しなくなってしまう。
【００１３】
すなわち、比較的大きく位相を変化させる例えば金等の比較的重い元素を用いる位相型回折格子の製造方法は、厚さの薄い位相型回折格子となるため、斜め入射による位相型回折格子の機能劣化を低減することができる。しかしながら、位相型回折格子に適した厚さの金を形成すると、その表面が粗くなってしまう場合がある。
【００１４】
一方、表面を比較的平滑に加工の可能なシリコン基板や石英基板を用いる位相型回折格子の製造方法は、表面の粗さを低減することができるが、厚さの厚い位相型回折格子となるため、斜め入射による位相型回折格子の機能劣化が生じてしまう。
【００１５】
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、表面の粗さをより低減することができる位相型回折格子を提供することである。そして、本発明は、この位相型回折格子を製造する位相型回折格子の製造方法および該位相型回折格子を用いたＸ線撮像装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明者は、種々検討した結果、上記目的は、以下の本発明により達成されることを見出した。すなわち、本発明の一態様にかかる位相型回折格子は、第１光学的距離に対応する第１厚さを有して所定の規則に従って配列された複数の第１光学的距離部分と、前記第１光学的距離部分を通過したＸ線に対して所定の位相差を生じさせる第２光学的距離に対応する第２厚さを有して前記複数の第１光学的距離部分に応じて配列された第２光学的距離部分とを入射面と射出面との間に備え、前記第１光学的距離部分は、１個の光学的要素で構成され、前記第２光学的距離部分は、複数の光学的要素で構成され、前記第１光学的距離部分の１個の光学的要素は、前記第２光学的距離部分の複数の光学的要素における各屈折率よりも高い屈折率を持ち、前記第２光学的距離部分の複数の光学的要素のうちで最も外部に露出する最外露出の光学的要素は、仕様によって許容される表面粗さを持つ厚さであることを特徴とする。そして、好ましくは、この位相型回折格子において、前記複数の光学的要素の各厚さの和は、前記第２光学的距離部分の前記第２厚さに等しく、かつ、前記複数の光学的要素のそれぞれについて求められる屈折率と厚さとの積のそれぞれの和は、前記第２光学的距離に等しい。
【００１７】
このような構成の位相型回折格子では、第２光学的距離部分の複数の光学的要素のうちで最も外部に露出する最外露出の光学的要素が、仕様によって許容される表面粗さを持つ厚さで形成される。このため、このような構成の位相型回折格子は、表面の粗さを低減することができる。
【００１８】
なお、光学的要素とは、当該媒質を伝播する電磁波の光学的距離に作用するものであり、例えば、物質、空気および真空等である。光学的距離は、入射する電磁波の波長に対し、その屈折率とその厚さ（長さ）との積によって与えられる。
【００１９】
また、他の一態様では、これら上述の位相型回折格子において、前記第１光学的距離部分の１個の光学的要素は、気体または真空であり、前記第２光学的距離部分の前記最外露出の光学的要素は、前記第２光学的距離部分の複数の光学的要素における前記最外露出の光学的要素を除く残余の光学的要素の屈折率よりも低い屈折率を持つ物質である。
【００２０】
このような構成の位相型回折格子では、第２光学的距離部分は、複数の光学的要素で構成され、第２光学的距離部分の最外露出の光学的要素は、第２光学的距離部分の複数の光学的要素における前記最外露出の光学的要素を除く残余の光学的要素の屈折率よりも低い屈折率を持つ物質で形成される。このため、このような構成の位相型回折格子は、第１光学的距離部分の光学的要素が空気または真空で形成されるともに第２光学的距離部分の光学的要素が前記残余の光学的要素で形成される場合に較べて、その厚さをより薄くすることが可能となる。
【００２１】
また、他の一態様では、これら上述の位相型回折格子において、前記第２光学的距離部分の前記最外露出の光学的要素は、金、白金およびイリジウムのうちのいずれかであり、前記第２光学的距離部分の前記残余の光学的要素は、シリコン、石英およびアルムニウムのうちのいずれかである。
【００２２】
この構成によれば、相対的に、屈折率が小さく単位長さ当たりの位相変化が相対的に小さな物質である金、白金およびイリジウムのうちのいずれかと、シリコン、石英およびアルムニウムのうちのいずれかとによって第２光学的距離部分を形成した位相型回折格子が提供される。したがって、このような構成の位相型回折格子は、第１光学的距離部分の光学的要素が空気または真空で形成されるともに第２光学的距離部分の光学的要素がシリコン、石英およびアルムニウムのうちのいずれかで形成される場合に較べて、その厚さをより薄くすることが可能となる。
【００２３】
また、他の一態様では、これら上述の位相型回折格子において、前記第１光学的距離部分の１個の光学的要素は、気体または真空であり、前記第２光学的距離部分の前記最外露出の光学的要素に隣接する最外露出隣接の光学要素は、前記第２光学的距離部分の複数の光学的要素における前記最外露出隣接の光学的要素を除く残余の光学的要素の屈折率よりも低い屈折率を持つ物質であることを特徴とする。
【００２４】
このような構成の位相型回折格子では、第２光学的距離部分は、複数の光学的要素で構成され、第２光学的距離部分の最外露出隣接の光学的要素は、第２光学的距離部分の複数の光学的要素における前記最外露出隣接の光学的要素を除く残余の光学的要素の屈折率よりも低い屈折率を持つ物質で形成される。このため、このような構成の位相型回折格子は、第１光学的距離部分の光学的要素が空気または真空で形成されるともに第２光学的距離部分の光学的要素が前記残余の光学的要素で形成される場合に較べて、その厚さをより薄くすることが可能となる。そして、第２光学的距離部分の最外露出の光学的要素は、第２光学的距離部分の最外露出隣接の光学的要素に対して、相対的に、屈折率の高い材料で形成されるため、第２光学的距離部分の最外露出の光学的要素の厚さを調整することによって、第２光学的距離部分の光学的距離を設計値に微調整することが可能となる。すなわち、第２光学的距離部分の最外露出の光学的要素は、相対的に、屈折率の高い材料で形成されるため、第２光学的距離部分の光学的距離を調整する調整しろとして効果的である。あるいは、第２光学的距離部分の最外露出隣接の光学的要素の保護膜として、第２光学的距離部分の最外露出の光学的要素を用いることも可能となる。
【００２５】
また、他の一態様では、これら上述の位相型回折格子において、前記第２光学的距離部分の前記最外露出隣接の光学的要素は、金、白金およびイリジウムのうちのいずれかであり、前記第２光学的距離部分の前記残余の光学的要素は、シリコン、石英およびアルムニウムのうちのいずれかであることを特徴とする。
【００２６】
この構成によれば、相対的に、屈折率が小さく単位長さ当たりの位相変化が相対的に小さな物質である金、白金およびイリジウムのうちのいずれかと、シリコン、石英およびアルムニウムのうちのいずれかとを含む第２光学的距離部分を形成した位相型回折格子が提供される。したがって、このような構成の位相型回折格子は、第１光学的距離部分の光学的要素が空気または真空で形成されるともに第２光学的距離部分の光学的要素がシリコン、石英およびアルムニウムのうちのいずれかで形成される場合に較べて、その厚さをより薄くすることが可能となる。
【００２７】
また、他の一態様では、これら上述の位相型回折格子において、前記第１光学的距離部分の１個の光学的要素は、樹脂材料であることを特徴とする。
【００２８】
このような構成の位相型回折格子は、第１光学的距離部分の１個の光学的要素が樹脂材料であるので、第１光学的距離部分の１個の光学的要素が気体または真空である場合に較べて、その機械的な強度を向上することができる。
【００２９】
また、他の一態様にかかる位相型回折格子の製造方法は、基板上に、所定の規則に従って配列された複数のパターン部材を仕様によって許容される表面粗さを持つ厚さで形成するパターン部材形成工程と、所定の位相差を生じさせるように、前記パターン部材形成工程によって形成された前記複数のパターン部材の厚さに応じた深さで、前記パターン部材形成工程で前記複数のパターン部材が形成されていない前記基板の部分をエッチングするエッチング工程とを備える。
【００３０】
このような構成の位相型回折格子の製造方法では、前記パターン部材に基づく光学的距離部分の露出面が、仕様によって許容される表面粗さを持つ厚さで形成される。このため、このような構成の位相型回折格子の製造方法は、表面の粗さをより低減することができる位相型回折格子を製造することができる。
【００３１】
また、他の一態様では、上述の位相型回折格子の製造方法において、前記パターン部材形成工程は、基板上に、仕様によって許容される表面粗さを持つ厚さで前記パターン部材の材料の膜を形成する成膜工程と、前記成膜工程で形成された前記膜を、前記所定の規則に従って配列された複数のパターン部材となるようにパターニングするパターニング工程とを備えることを特徴とする。
【００３２】
このような構成では、いわゆるエッチング法を用いてパターン部材形成工程を実現した位相型回折格子の製造方法が提供される。
【００３３】
また、他の一態様では、上述の位相型回折格子の製造方法において、前記パターン部材形成工程は、所定の規則に従って配列された複数のパターン部材に対応する領域の基板が外部に臨むようにパターニングされたパターニング層を基板上に形成するパターニング層形成工程と、前記パターニング層形成工程後の基板上に、仕様によって許容される表面粗さを持つ厚さで前記パターン部材の材料の膜を形成する成膜工程と、前記パターニング層を除去する除去工程とを備えることを特徴とする。
【００３４】
このような構成では、いわゆるリフトオフ法を用いてパターン部材形成工程を実現した位相型回折格子の製造方法が提供される。
【００３５】
また、他の一態様では、これら上述の位相型回折格子の製造方法において、前記エッチング工程のエッチングは、ウェットエッチングまたはドライエッチングであることを特徴とする。
【００３６】
このような構成では、いわゆる、ウェットエッチングまたはドライエッチングを用いてエッチング工程を実現した位相型回折格子の製造方法が提供される。
【００３７】
また、他の一態様では、これら上述の位相型回折格子の製造方法は、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位相型回折格子を製造する場合に用いられる。
【００３８】
上述したように、これら上述の位相型回折格子の製造方法は、表面の粗さをより低減することができるとともにその厚さをより薄くすることができる位相型回折格子を製造することができるので、この構成によれば、性能の高いＸ線タルボ干渉計またはＸ線タルボ・ロー干渉計を実現することが可能となる。
【００３９】
また、本発明の他の一態様にかかる位相型回折格子は、これら上述のいずれかの位相型回折格子の製造方法によって製造される。
【００４０】
この構成によれば、表面の粗さをより低減することができるとともにその厚さをより薄くすることができる位相型回折格子を実現することが可能となる。
【００４１】
また、本発明の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位相型回折格子を含むことを特徴とする。
【００４２】
このような構成のＸ線撮像装置は、タルボ干渉計またはタルボ・ロー干渉計を構成する位相型回折格子に、表面の粗さをより低減することができるとともにその厚さをより薄くすることができる位相型回折格子を用いるので、より確実に回折され、より鮮明なＸ線の像を得ることができる。
【発明の効果】
【００４３】
本発明にかかる位相型回折格は、表面の粗さをより低減することができる。本発明にかかる位相型回折格子の製造方法は、表面の粗さをより低減することができる位相型回折格子を提供することができる。そして、本発明は、この位相型回折格子を用いたＸ線撮像装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】実施形態における位相型回折格子の構成を示す斜視図である。
【図２】実施形態における位相型回折格子の第１製造方法を説明するための図（その１）である。
【図３】実施形態における位相型回折格子の第１製造方法を説明するための図（その２）である。
【図４】実施形態における位相型回折格子の第２製造方法を説明するための図（その１）である。
【図５】実施形態における位相型回折格子の第２製造方法を説明するための図（その２）である。
【図６】第１光学的距離部分を空気で形成するとともに第２光学的距離部分をシリコンおよび金で形成した位相型回折格子の場合における前記シリコンの長さ（厚さ）と前記金の長さ（厚さ）との関係を示す図である。
【図７】第１光学的距離部分を空気で形成するとともに第２光学的距離部分を石英および金（金表面に膜状に厚さ１００ｎｍのクロムを含む）で形成した位相型回折格子の場合における前記石英の長さ（厚さ）と前記金の長さ（厚さ）との関係を示す図である。
【図８】第１光学的距離部分を空気で形成するとともに第２光学的距離部分を石英および金（膜状にクロム無し）で形成した位相型回折格子の場合における前記石英の長さ（厚さ）と前記金の長さ（厚さ）との関係を示す図である。
【図９】第１光学的距離部分を空気で形成するとともに第２光学的距離部分を石英および白金で形成した位相型回折格子の場合における前記石英の長さ（厚さ）と前記白金の長さ（厚さ）との関係を示す図である。
【図１０】第１光学的距離部分をポリメタクリル酸メチル樹脂（ＰＭＭＡ）で形成するとともに第２光学的距離部分をシリコンおよび金で形成した位相型回折格子の場合における前記シリコンの長さ（厚さ）と前記金の長さ（厚さ）との関係を示す図である。
【図１１】第１光学的距離部分を空気で形成するとともに第２光学的距離部分をシリコン８．１μｍおよび金１．５μｍで第１製造方法によって形成した位相型回折格子の場合における前記金の表面の様子を示す図である。
【図１２】電鋳法によって比較的厚い金で光学的距離部分を形成した場合における前記金の表面の様子を示す図である。
【図１３】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１４】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。
【図１５】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１６】従来技術におけるＸ線撮像装置の概略的な構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
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。
【００４６】
（第１実施形態の位相型回折格子）
図１は、実施形態における位相型回折格子の構成を示す斜視図である。本実施形態の位相型回折格子ＤＧは、図１に示すように、支持体部分１１と、支持体部分１１上に形成された回折格子１２とを備えて構成される。支持体部分１１は、図１に示すようにＤｘＤｙＤｚの直交座標系を設定した場合に、ＤｘＤｙ面に沿った板状または層状である。回折格子１２は、位相型回折格子であって、入射面と射出面との間に複数の第１光学的距離部分１２ａと、複数の第２光学的距離部分１２ｂ（１２ｂ１、１２ｂ２）とを備えている。複数の第１光学的距離部分１２ａは、第１光学的距離ｈ１に対応する第１屈折率ｎ１および第１厚さＨ１を有して所定の規則に従って配列され、複数の第２光学的距離部分１２ｂは、この第１光学的距離部分１２ａを通過した例えばＸ線や光等の電磁波に対して所定の位相差Ｃを生じさせる第２光学的距離ｈ２に対応する第２屈折率ｎ２および第２厚さＨ２を有して複数の第１光学的距離部分１２ａに応じて配列される。
【００４７】
より具体的には、位相型回折格子ＤＧが図１に示すように１次元である場合に、回折格子１２は、前記第１厚さＨ１（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Ｄｘに線状に延びる複数の第１光学的距離部分１２ａと、前記第２厚さＨ２（格子面ＤｘＤｙに垂直なＤｚ方向（格子面ＤｘＤｙの法線方向）の長さ、Ｈ２＝Ｈ１）を有して前記一方向Ｄｘに線状に延びる複数の第２光学的距離部分１２ｂとを備え、これら複数の第１光学的距離部分１２ａと複数の第２光学的距離部分１２ｂとは、交互に平行に配設される。このため、複数の第１光学的距離部分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。言い換えれば、複数の第２光学的距離部分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。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、複数の第１光学的距離部分１２ａ（複数の第２光学的距離部分１２ｂ）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。第１光学的距離部分１２ａは、前記ＤｘＤｙ面に直交するＤｘＤｚ面に沿った板状または層状であり、第２光学的距離部分１２ｂもこのＤｘＤｚ面に沿った板状または層状である。
【００４８】
そして、第１光学的距離部分１２ａは、１個の光学的要素で構成されている。光学的要素とは、上述したように、当該媒質を伝播する電磁波の光学的距離に作用するものであり、例えば、物質、空気および真空等である。光学的距離ｈは、入射する例えばＸ線や光等の電磁波の波長に対し、その屈折率ｎとその厚さ（長さ）Ｈとの積によって与えられる（ｈ＝ｎ×Ｈ）。したがって、第１光学的距離ｈ１は、ｎ１×Ｈ１である（ｈ１＝ｎ１×Ｈ１）。第１光学的距離部分１２ａの前記１個の光学的要素は、当該位相型回折格子ＤＧに用いられる所定の電磁波の波長（例えばＸ線の波長等）に対し、第２光学的距離部分１２ｂの複数の光学的要素における各屈折率よりも高い屈折率を持っており、例えば、気体または所定の真空度の真空である。気体は、１種類の単体または化合物で構成された純物質だけでなく、例えば空気等の複数種類で構成された混合物を含む。また例えば、第１光学的距離部分１２ａの前記１個の光学的要素は、樹脂材料であってもよい。このように第１光学的距離部分１２ａを空間ではなく固体で埋めて形成することによって、このような構成の位相型回折格子ＤＧは、第１光学的距離部分１２ａを空間で形成する場合に較べて、その機械的な強度を向上することができる。
【００４９】
また、第２光学的距離部分１２ｂは、互いに屈折率の異なる複数の光学的要素で構成されており、好ましくは、これら複数の光学的要素の各厚さの和は、第２光学的距離部分１２ｂの第２厚さＨ２に等しく、かつ、これら複数の光学的要素のそれぞれについて求められる屈折率と厚さとの積のそれぞれの和は、第２光学的距離ｈ２に等しい。そして、第２光学的距離部分１２ｂの複数の光学的要素のうちで最も外部に露出する最外露出の光学的要素は、当該位相型回折格子ＤＧを伝播する電磁波に生じる例えば散乱等に対して仕様によって許容される表面粗さを持つ厚さで形成されている。第１および第２光学的距離部分１２ａ、１２ｂの各幅Ｗは、前記一方向（長尺方向）Ｄｘに直交する方向（幅方向）Ｄｙにおける各光学的距離部分１２ａ、１２ｂの各長さであり、第１および第２光学的距離部分１２ａ、１２ｂの各厚さは、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ＤｘＤｙの法線方向（深さ方向）Ｄｚにおける各光学的距離部分１２ａ、１２ｂの各長さである。例えば、第２光学的距離部分１２ｂは、２個の第１および第２光学的要素で構成されており、第１光学的要素部分１２ｂ１の屈折率および厚さをそれぞれｎ２１およびＨ２１とし、第２光学的要素部分１２ｂ２の屈折率および厚さをそれぞれｎ２２およびＨ２２とする場合に、Ｈ２１＋Ｈ２２＝Ｈ２（＝Ｈ１）であり、ｎ２１×Ｈ２１＋ｎ２２×Ｈ２２＝ｈ２である。ここで、前記特許文献１に開示の位相格子では、前記充填材料は、前記突条部を通過したＸ線と前記隙間を通過したＸ線との強度（振幅）を一致させ、０次回折光を消すために、前記複数の隙間における各底部に設けられるものであるから、充填材料の光学的距離だけでなく、充填材料での減衰量も考慮されており、前記特許文献１に開示の位相格子では、充填材料は、本実施形態の位相型回折格子ＤＧのような上記関係式だけでは決定（設計）することができず、本実施形態の位相型回折格子ＤＧとは異なる。
【００５０】
さらに、本実施形態では、第２光学的距離部分１２ｂの前記最外露出の光学的要素は、第２光学的距離部分１２ｂの前記複数の光学的要素における前記最外露出の光学的要素を除く残余の光学的要素の屈折率よりも低い屈折率を持つ物質である。例えば、第２光学的距離部分１２ｂの前記最外露出の光学的要素（上述の例では第２光学的距離部分１２ｂの第２光学要素部分１２ｂ２を形成する光学的要素）は、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）およびイリジウム（Ｉｒ）のうちのいずれかであり、第２光学的距離部分１２の前記残余の光学的要素（上述の例では第２光学的距離部分１２ｂの第１光学要素部分１２ｂ１を形成する光学的要素）は、シリコン、石英およびアルムニウムのうちのいずれかである。このような金、白金、ロジウム、ルテニウムおよびイリジウムは、当該位相型回折格子ＤＧに用いられる所定の電磁波の波長（例えばＸ線の波長等）に対し、相対的に、屈折率が小さく単位長さ当たりの位相変化が相対的に小さな物質である。これに対し、シリコン、石英およびアルムニウムは、相対的に屈折率が大きく単位長さ当たりの位相変化が相対的に大きな物質であるが、加工性が高い物質である。
【００５１】
このような位相差Ｃを生じさせる部分が複数の光学的要素から成る位相型回折格子ＤＧは、基板上に、所定の規則に従って配列された所定形状の複数のパターン部材を仕様によって許容される表面粗さを持つ厚さで形成するパターン部材形成工程と、所定の位相差を生じさせるように、前記パターン部材形成工程によって形成された前記複数のパターン部材の厚さに応じた深さで、前記パターン部材形成工程で前記複数のパターン部材が形成されていない前記基板の部分をエッチングするエッチング工程とによって製造される。より具体的には、このような位相型回折格子ＤＧは、いわゆるエッチング法またはリフトオフを用いたパターン部材形成工程と、ウェットエッチング法またはドライエッチング法を用いたエッチング工程とによって製造される。
【００５２】
前記パターン部材の所定形状は、１次元格子では、例えば、前記厚さを持つ平面視にてストライプ形状（所定の幅Ｗを持つ線形状、所定の幅Ｗを持つ帯形状）であり、また２次元格子では、例えば、円柱、角柱等の柱形状等である。以下、前記パターン部材が前記厚さを持つストライプ形状である１次元の前記位相型回折格子ＤＧの製造方法について、詳述する。なお、前記パターン部材が前記厚さを持つ例えば柱形状等の他の形状であっても同様である。
【００５３】
以下、まず、エッチング法を用いた第１製造方法について説明し、次に、リフトオフ法を用いた第２製造方法について説明する。
【００５４】
（第１製造方法）
図２は、実施形態における位相型回折格子の第１製造方法を説明するための図（その１）である。図３は、実施形態における位相型回折格子の第１製造方法を説明するための図（その２）である。
【００５５】
この第１製造方法は、前記パターン部材形成工程として、基板３０上に、仕様によって許容される表面粗さを持つ厚さで前記パターン部材の材料の膜３３を形成する成膜工程が実施され、前記成膜工程で形成された前記膜３３を、前記所定の規則に従って配列された複数のパターン部材３３となるようにパターニングするパターニング工程が実施される。
【００５６】
より具体的には、本実施形態の位相型回折格子ＤＧを製造するために、まず、基板３０が用意される（図２（Ａ））。この基板３０は、後述の各工程で処理されることによって、支持体部分１１および第２光学的距離部分１２ｂの第１光学的要素部分１２ｂ１となるので、第２光学的距離部分１２ｂにおける第１光学的要素部分１２ｂ１の光学的要素の材料が選択される。基板３０には、好ましくは、表面を、当該位相型回折格子ＤＧを伝播する電磁波にとって平滑に加工することが可能な材料が採用される。例えば、基板３０は、シリコン基板３０ａである。また例えば、基板３０は、石英基板３０ｂである。また例えば、基板３０は、アルミニウム基板３０ｃである。基板３０がシリコン基板３０ａである場合で、かつ後述の膜３３の形成の際に電鋳法等の湿式メッキを用いる場合では、シリコン基板３０ａは、多数キャリアが電子であるｎ型シリコンであることが好ましい。この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をすると、後述の電鋳工程では、メッキ液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、結果として金属がより析出し易くなる。
【００５７】
次に、基板３０上に、仕様によって許容される表面粗さを持つ厚さでパターン部材３３の材料の膜（層）３３が所定の成膜法によって形成される（成膜工程、図２（Ｂ））。この膜３３は、後述の各工程で処理されることによって、第２光学的距離部分１２ｂの第２光学的要素部分１２ｂ２となるので、第２光学的距離部分１２ｂにおける第２光学的要素部分１２ｂ２の光学的要素の材料が選択される。例えば、膜３３の材料は、金である。これによって後述の各工程を経ることで金のパターン部材３３ａとなる。また例えば、膜３３の材料は、白金である。これによって後述の各工程を経ることで白金のパターン部材３３ｂとなる。また例えば、膜３３の材料は、イリジウムである。これによって後述の各工程を経ることでイリジウムのパターン部材３３ｃとなる。
【００５８】
成膜法には、例えば、真空蒸着法、スパッタ法および化学気相成長法（Chemical Vapor Deposition、ＣＶＤ）等の乾式メッキ法や、電鋳法等の湿式メッキ法が用いられる。前記乾式メッキ法は、表面の粗さをオングストロームレベルで膜を形成することができ、仕様によって許容される表面粗さを比較的容易に達成することができるが、膜厚が例えば３μｍや５μｍ等の数μｍ以上となると、成膜時間が著しく長くなったり、成膜の際に応力によって剥がれ易くなってり等してしまう。この点、湿式メッキ法の電鋳法は、有利であるが、膜厚の増加に従って表面粗さが大きくなってしまい、膜厚が数μｍ以上となると、Ｘ線を散乱してしまう。このため、乾式メッキ法では、膜厚は、好ましくは、２μｍ以下であり、また、仕様によって許容される表面粗さを実現するために、少なくとも、湿式メッキ法では、膜厚は、好ましくは、１．５μｍ以下である。
【００５９】
次に、膜３３をパターン部材３３に形成するべく、基板３０上に形成された膜３３をパターニングするために、この膜３３上に感光性樹脂層４０が例えばスピンコート等によって形成される（図２（Ｃ））。ここで、感光性樹脂層４０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。なお、これに限定されるものではなく、例えば、感光性樹脂層４０に代え、電子線露光用のレジスト層であってもよい。
【００６０】
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４０がパターニングされ（図２（Ｄ））、このパターニングした部分の感光性樹脂層４０が除去される（図３（Ａ））。より具体的には、感光性樹脂層４０にリソグラフィーマスク４１を押し当てて、感光性樹脂層４０にリソグラフィーマスク４１を介して紫外線４２が照射され、感光性樹脂層４０がパターン露光され、現像される（図２（Ｄ））。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４０が除去される（図３（Ａ））。
【００６１】
次に、パターニングされた感光性樹脂層４０をマスクに、エッチングによって感光性樹脂層４０の除去された部分の膜３３が除去されて膜３３がパターニングされ、パターン部材３３となる（図３（Ａ））。より具体的には、例えば、膜３３が金である場合には、いわゆる王水に浸漬され、ウェットエッチングによってパターニングされる。また例えば、膜３３が白金である場合には、ヨウ化水素ガスを用いたＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）ドライエッチングによってパターニングされる。
【００６２】
次に、所定の位相差を生じさせるように、パターン部材３３の厚さに応じた深さで、パターン部材３３が形成されていない基板３０の部分が前記法線方向Ｄｚにエッチングされる（エッチング工程、図３（Ｃ））。この図３（Ａ）に示す膜３３のエッチングによって残ることで形成されたパターン部材３３および図３（Ｃ）に示す基板３０のエッチングによって残ることでＤｘＤｚ面に沿って形成されたパターン部材３３に続く基板３０の板状部分３０ｂ（基板３０の壁部３２）が第２光学的距離部分１２ｂとなる。より詳しくは、前記パターン部材３３は、第２光学的距離部分１２ｂの第２光学的要素部分１２ｂ２となり、前記基板３０の壁部３２は、第２光学的距離部分１２ｂの第１光学的要素部分１２ｂ１となる。そして、この図３（Ａ）に示す膜３３のエッチングによって形成された空間（第１空間）３４（互いに隣接するパターン部材３３によって挟まれた空間３４）および図３（Ｃ）に示す基板３０のエッチングによって形成された前記第１空間に続く空間（第２空間）３５（互いに隣接する基板３０の壁部３２によって挟まれた空間３５）が第１光学的距離部分１２ａ（３６）となる。
【００６３】
なお、図３（Ｃ）に示す基板３０のエッチングによってＤｘＤｙ面に沿って残った基板３０の板状部分３０ａ（基板３０の基部３１）が支持体部分１１となる。
【００６４】
以上のような各製造工程を経ることによって、図１に示す構成の位相型回折格子ＤＧが製造される。
【００６５】
（第２製造方法）
図４は、実施形態における位相型回折格子の第２製造方法を説明するための図（その１）である。図５は、実施形態における位相型回折格子の第２製造方法を説明するための図（その２）である。
【００６６】
この第２製造方法は、前記パターン部材形成工程として、所定の規則に従って配列された複数のパターン部材に対応する領域の基板３０が外部に臨むようにパターニングされたパターニング層４０を基板３０上に形成するパターニング層形成工程が実施され、このパターニング層形成工程後の基板３０上に、仕様によって許容される表面粗さを持つ厚さで前記パターン部材の材料の膜３３を形成する成膜工程が実施され、前記パターニング層を除去する除去工程が実施される。
【００６７】
より具体的には、本実施形態の位相型回折格子ＤＧを製造するために、まず、第１製造方法と同様に、基板３０が用意される（図４（Ａ））。
【００６８】
次に、所定の規則に従って配列された複数のパターン部材３３に対応する領域の基板３０が外部に臨むようにパターニングされたパターニング層４０が基板３０上に形成される（パターニング層形成工程、図４（Ａ）〜図４（Ｄ））。すなわち、基板３０上に、所定の規則に従って配列された複数のパターン部材３３を形成するためのリフトオフのマスクとなるようにパターニングされたパターニング層４０が形成される。
【００６９】
より具体的には、基板３０上にパターニング層４０を形成するために、まず、基板３０上に感光性樹脂層４０が例えばスピンコート等によって形成され（図４（Ｂ））、続いて、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４０がパターニングされ（図４（Ｃ））、このパターニングした部分の感光性樹脂層４０が除去される（図４（Ｄ））。より具体的には、感光性樹脂層４０にリソグラフィーマスク４１を押し当てて、感光性樹脂層４０にリソグラフィーマスク４１を介して紫外線４２が照射され、感光性樹脂層４０がパターン露光され、現像される（図４（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４０が除去される（図４（Ｄ））。
【００７０】
次に、このパターニング層形成工程後の基板３０上に、仕様によって許容される表面粗さを持つ厚さでパターン部材の材料の膜３３が所定の成膜法によって形成される（成膜工程、図５（Ａ））。この膜３３は、後述の各工程で処理されることによって、第２光学的距離部分１２ｂの第２光学的要素部分１２ｂ２となるので、第２光学的距離部分１２ｂにおける第２光学的要素部分１２ｂ２の光学的要素の材料が選択される。この成膜法には、成膜中にパターニング層４０が失われない成膜方法が用いられる。例えば、この成膜法として、真空蒸着法が用いられる。また例えば、電鋳法が用いられる。図５（Ａ）には、成膜法として真空蒸着法が用いられた場合の膜３３が示されている。
【００７１】
上述したように、前記真空蒸着法は、乾式メッキ法の一つであるから、表面の粗さをオングストロームレベルで膜を形成することができ、仕様によって許容される表面粗さを比較的容易に達成することができるが、膜厚が例えば３μｍや５μｍ等の数μｍ以上となると、成膜の際に応力によって剥がれ易くなってしまう。この点、湿式メッキ法の電鋳法は、有利であるが、膜厚の増加に従って表面粗さが大きくなってしまい、膜厚が数μｍ以上となると、Ｘ線を散乱してしまう。このため、真空蒸着法では、膜厚は、好ましくは、２μｍ以下であり、また、仕様によって許容される表面粗さを実現するために、少なくとも、湿式メッキ法では、膜厚は、好ましくは、１．５μｍ以下である。
【００７２】
次に、パターニング層４０が除去される（除去工程、図５（Ｂ））。これによって所定の規則に従って配列された複数のパターン部材３３が基板３０上に形成される。
【００７３】
次に、図３（Ｃ）に示す第１製造方法のエッチング工程と同様に、所定の位相差を生じさせるように、パターン部材３３の厚さに応じた深さで、パターン部材３３が形成されていない基板３０の部分が前記法線方向Ｄｚにエッチングされる（エッチング工程、図５（Ｃ））。この図５（Ｂ）に示すパターニング層４０の除去によって残ることで形成されたパターン部材３３および図５（Ｃ）に示す基板３０のエッチングによって残ることでＤｘＤｚ面に沿って形成されたパターン部材３３に続く基板３０の板状部分３２（基板３０の壁部３２）が第２光学的距離部分１２ｂとなる。より詳しくは、前記パターン部材３３は、第２光学的距離部分１２ｂの第２光学的要素部分１２ｂ２となり、前記基板３０の壁部３２は、第２光学的距離部分１２ｂの第１光学的要素部分１２ｂ１となる。そして、この図５（Ｂ）に示すパターニング層４０が除去されることによって形成された空間（第１空間）３４および図５（Ｄ）に示す基板３０のエッチングによって形成された前記第１空間に続く空間（第２空間）３５が第１光学的距離部分１２ａ（３６）となる。
【００７４】
なお、図５（Ｃ）に示す基板３０のエッチングによってＤｘＤｙ面に沿って残った基板３０の板状部分３０ａ（基板３０の基部３１）が支持体部分１１となる。
【００７５】
以上のような各製造工程を経ることによって、図１に示す構成の位相型回折格子ＤＧが製造される。
【００７６】
これら第１および第２製造方法における前記エッチング工程において、基板３０をＤｚ方向にエッチングする深さは、次のように設計される。
【００７７】
第２光学的距離部分１２ｂが２個の第１および第２光学的要素で形成されている場合を例にすると、第１および第２光学的要素部分１２ｂ１、１２ｂ２の各屈折率をそれぞれｎｂ１およびｎｂ２とし、第１および第２光学的要素部分１２ｂ１、１２ｂ２の各長さ（各厚さ）をそれぞれＨｂ１およびＨｂ２とし、Ｘ線の波長をλとし、位相差をＮ（位相差πの場合はＮ＝１であり、位相差π／２の場合はＮ＝２である）とする場合に、次式１の関係がある。
Ｈｂ１＝｛−（１−ｎｂ２）×Ｈｂ２＋（λ／（２×Ｎ））｝／（１−ｎｂ１） ・・・（１）
これら式１は、第２光学的要素部分１２ｂ２の長さ（厚さ）が決定された後に、第１光学的要素部分１２ｂ１の長さ（厚さ）を如何に決定するかを示している。なお、第２光学的距離部分１２ｂが３個以上の複数の光学的要素で形成されている場合も同様の式を導出することができる。
【００７８】
２８ｋｅＶ（波長０．０４ｎｍ）のＸ線に対し、π／２位相型回折格子である場合における式１の計算例が図６ないし図１０に示されている。図６は、第１光学的距離部分を空気で形成するとともに第２光学的距離部分をシリコンおよび金で形成した位相型回折格子の場合における前記シリコンの長さ（厚さ）と前記金の長さ（厚さ）との関係を示す図である。図７は、第１光学的距離部分を空気で形成するとともに第２光学的距離部分を石英および金（金表面に膜状に厚さ１００ｎｍのクロムを含む）で形成した位相型回折格子の場合における前記石英の長さ（厚さ）と前記金の長さ（厚さ）との関係を示す図である。図８は、第１光学的距離部分を空気で形成するとともに第２光学的距離部分を石英および金（膜状にクロム無し）で形成した位相型回折格子の場合における前記石英の長さ（厚さ）と前記金の長さ（厚さ）との関係を示す図である。図９は、第１光学的距離部分を空気で形成するとともに第２光学的距離部分を石英および白金で形成した位相型回折格子の場合における前記石英の長さ（厚さ）と前記白金の長さ（厚さ）との関係を示す図である。図１０は、第１光学的距離部分をポリメタクリル酸メチル樹脂（ＰＭＭＡ）で形成するとともに第２光学的距離部分をシリコンおよび金で形成した位相型回折格子の場合における前記シリコンの長さ（厚さ）と前記金の長さ（厚さ）との関係を示す図である。これら図６ないし図１０において、横軸は、μｍ単位で表す第２光学的要素部分１２ｂ２の厚さであり、その縦軸は、μｍ単位で表す第１光学的要素部分１２ｂ１の厚さである。なお、図７では、金上にクロムが積層された第２光学的要素部分１２ｂ２の場合を示している。すなわち、第２光学的距離部分１２ｂが石英、金およびクロムの３個の光学的要素で形成されている。
【００７９】
ここで、２８ｋｅＶ（波長０．０４ｎｍ）のＸ線に対し、シリコンの屈折率ｎＳｉは、０．９９９９９９３８４−ｉ１．２８２９６８５ｅ−９であり、石英の屈折率ｎＳｉＯ２は、０．９９９９９９４１８−ｉ７．１４１２６７０ｅ−１０であり、金の屈折率ｎＡｕは、０．９９９９９５９６０−ｉ２．１２３８４８１ｅ−７であり、白金の屈折率ｎＰｔは、０．９９９９９５４７７−ｉ２．３１５１４７３ｅ−７であり、そして、クロムの屈折率ｎＣｒは、０．９９９９９８２２９−ｉ１．８５１５５９１ｅ−８である。また、ＰＭＭＡの屈折率ｎＰＭＭＡは、０．９９９９９９６６０−ｉ１．１７７８２１７ｅ−１０である。ここで、ｉは、虚数単位であり、ｉ２＝−１である。
【００８０】
第１製造方法での一具体例を挙げると、２８ｋｅＶ（波長０．０４ｎｍ）のＸ線用にπ／２位相型回折格子ＤＧを製造する場合において、まず、シリコン基板３０ａが用意され、このシリコン基板３０ａ上にスパッタリング法によって金（Ａｕ）が厚さ１．５μｍで成膜された。続いて、この成膜した金の膜３３の主面上に感光性樹脂層４０が例えばスピンコート等によって塗布され、続いて、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４０がパターニングされ、このパターニングした部分の感光性樹脂層４０が除去された。続いて、このシリコン基板３０ａが王水に浸漬され、パターニングされた感光性樹脂層４０をマスクにウェットエッチングによって、感光性樹脂層４０の除去された部分の金の膜３３が除去されて金の膜３３がパターニングされ、金のパターン部材３３ａが形成された。続いて、このパターニングされた金のパターン部材３３ａをマスクに、ＩＣＰドライエッチングによって所定の位相差π／２を生じさせるように、パターン部材３３ａの厚さ１．５μｍに応じた深さ８．１μｍで（図６参照）、パターン部材３３ａが形成されていないシリコン基板３０ａの部分が前記法線方向Ｄｚにエッチングされた。これによって２８ｋｅＶ（波長０．０４ｎｍ）のＸ線用にπ／２位相型回折格子ＤＧが製造された。
【００８１】
また、第１製造方法での他の一具体例を挙げると、２８ｋｅＶのＸ線用にπ／２位相型回折格子ＤＧを製造する場合において、まず、石英基板３０ｂが用意され、この石英基板３０ｂ上にスパッタリング法によって白金（Ｐｔ）が厚さ１．５μｍで成膜された。続いて、この成膜した白金の膜３３の主面上に感光性樹脂層４０が例えばスピンコート等によって塗布され、続いて、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４０がパターニングされ、このパターニングした部分の感光性樹脂層４０が除去された。続いて、パターニングされた感光性樹脂層４０をマスクにヨウ化水素ガスを用いたＩＣＰドライエッチングによって、感光性樹脂層４０の除去された部分の白金の膜３３が除去されて白金の膜３３がパターニングされた。続いて、このパターニングされた白金の膜３３をマスクに、ＩＣＰドライエッチングによって所定の位相差π／２を生じさせるように、白金のパターン部材３３の厚さ１．５μｍに応じた深さ７．４μｍで（図９参照）、パターン部材３３が形成されていないシリコン基板３０ａの部分が前記法線方向Ｄｚにエッチングされた。これによって２８ｋｅＶ（波長０．０４ｎｍ）のＸ線用にπ／２位相型回折格子ＤＧが製造された。
【００８２】
そして、第２製造方法での一具体例を挙げると、２８ｋｅＶ（波長０．０４ｎｍ）のＸ線用にπ／２位相型回折格子ＤＧを製造する場合において、まず、シリコン基板３０ａが用意され、このシリコン基板３３ａの主面上に感光性樹脂層４０が例えばスピンコート等によって１．５μｍで塗布され、続いて、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４０がパターニングされ、このパターニングした部分の感光性樹脂層４０が除去された。続いて、このパターニングされた感光性樹脂層４０を形成したシリコン基板３０ａがメッキ液に浸漬され、電鋳法（電界メッキ法）によってシリコン基板３０ａ上に金（Ａｕ）が厚さ１．０μｍで成膜された。続いて、この金の膜３３ａが成膜されたシリコン基板３０ａが感光性樹脂層４０を溶解する有機溶媒に浸漬され、パターニングされた感光性樹脂層４０が除去され、金のパターン部材３３ａが形成された。続いて、この金のパターン部材３３ａをマスクに、ＩＣＰドライエッチングによって所定の位相差π／２を生じさせるように、パターン部材３３ａの厚さ１．０μｍに応じた深さ１１．４μｍで（図６参照）、パターン部材３３ａが形成されていないシリコン基板３０ａの部分が、前記法線方向Ｄｚにエッチングされた。これによって２８ｋｅＶ（波長０．０４ｎｍ）のＸ線用にπ／２位相型回折格子ＤＧが製造された。
【００８３】
また、第２製造方法での他の一具体例を挙げると、２８ｋｅＶ（波長０．０４ｎｍ）のＸ線用にπ／２位相型回折格子ＤＧを製造する場合において、まず、石英基板３０ｂが用意され、この石英基板３３ｂの主面上に感光性樹脂層４０が例えばスピンコート等によって２．０μｍで塗布され、続いて、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４０がパターニングされ、このパターニングした部分の感光性樹脂層４０が除去された。続いて、このパターニングされた感光性樹脂層４０を形成した石英基板３０ｂが真空蒸着法によって石英基板３０ｂ上に金（Ａｕ）が厚さ１．６μｍで成膜され、さらに、真空蒸着法によって金の膜３３ａ上にクロム（Ｃｒ）が厚さ０．１μｍで成膜された。ここで、後述のエッチング工程において、石英と金とでは、エッチングの選択比に差が少ないため、エッチングの際の金の保護膜として、このクロムの膜が用いられている。なお、このクロム膜は、その膜厚を調整することによって第２光学的距離部分の光学的距離の調整しろとして用いられてもよい。続いて、この金／クロムの膜３３が成膜された石英基板３０ｂが感光性樹脂層４０を溶解する有機溶媒に浸漬され、パターニングされた感光性樹脂層４０が除去され、金／クロムのパターン部材３３が形成された。続いて、この金／クロムのパターン部材３３をマスクに、ＩＣＰドライエッチングによって所定の位相差π／２を生じさせるように、この金／クロムのパターン部材３３の厚さ１．７μｍ（＝１．６μｍ＋０．１μｍ）に応じた深さ７．６μｍで（図７参照）、この金／クロムのパターン部材３３が形成されていない石英基板３０ｂの部分が、前記法線方向Ｄｚにエッチングされた。これによって２８ｋｅＶ（波長０．０４ｎｍ）のＸ線用にπ／２位相型回折格子ＤＧが製造された。
【００８４】
そして、このような各具体例において、機械的な強度を向上するために、第１光学的距離部分１２ａの空間を固体で埋める工程がさらに行われてもよい。この一具体例を挙げると、２８ｋｅＶ（波長０．０４ｎｍ）のＸ線用にπ／２位相型回折格子ＤＧを製造する場合において、まず、シリコン基板３０ａが用意され、このシリコン基板３０ａ上にスパッタリング法によって金（Ａｕ）が厚さ２．０μｍで成膜された。続いて、この成膜した金の３３の主面上に感光性樹脂層４０が例えばスピンコート等によって塗布され、続いて、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４０がパターニングされ、このパターニングした部分の感光性樹脂層４０が除去された。続いて、このシリコン基板３０ａが王水に浸漬され、パターニングされた感光性樹脂層４０をマスクにウェットエッチングによって、感光性樹脂層４０の除去された部分の金の膜３３が除去されて金の膜３３がパターニングされ、金のパターン部材３３ａが形成された。続いて、このパターニングされた金のパターン部材３３ａをマスクに、ＩＣＰドライエッチングによって所定の位相差π／２を生じさせるように、パターン部材３３の厚さ２．０μｍに応じた深さ１３．３μｍで（図１０参照）、パターン部材３３ａが形成されていないシリコン基板３０ａの部分が前記法線方向Ｄｚにエッチングされた。続いて、金のパターン部材３３ａおよびシリコン基板３０ａの壁部３２によって形成される空間がＰＭＭＡで埋められた。これによって機械的な強度を向上させた２８ｋｅＶ（波長０．０４ｎｍ）のＸ線用にπ／２位相型回折格子ＤＧが製造された。
【００８５】
以上、説明したように、本実施形態における位相型回折格子ＤＧでは、第２光学的距離部分１２ｂの複数の光学的要素のうちで最も外部に露出する最外露出の光学的要素、図１に示す例では、第２光学的要素部分１２ｂ２が、当該位相型回折格子ＤＧを伝播する電磁波の例えば散乱に対し、仕様によって許容される表面粗さを持つ厚さで形成される。このため、表面の荒れを考慮することなく、第２光学的距離部分１２ｂを単一の光学的要素として金（Ａｕ）で例えば電鋳法によって例えばπ／２型の場合には厚さ約３μｍでまた例えばπ型の場合には厚さ約６μｍで形成してしまうと、成膜としては比較的厚いため、例えば前記厚さ約３μｍのπ／２型の場合、レーザ顕微鏡の観察結果である図１２に示すように、その表面は、Ｘ線のような波長の電磁波にとって、非常に荒れた状態となってしまうが、本実施形態における位相型回折格子ＤＧは、上述のように、表面の粗さを考慮しているので、表面の粗さをより低減することができる。例えば、本実施形態における位相型回折格子ＤＧの一具体例として、上述の第１製造方法によるシリコン８．１μｍ／金（Ａｕ）１．５μｍの位相型回折格子ＤＧにおけるレーザ顕微鏡の観察結果である図１１に示す如くである。図１２に示す例では、粗さＲａは、３２Å（オングストローム）であるが、図１１に示す例では、その粗さＲａは、１Åである（粗さＲａは、ＪＩＳ Ｂ０６０１；２００１による算術平均粗さである）。この結果、本実施形態における位相型回折格子ＤＧの性能が向上し、より精度よく電磁波を回折することができる。
【００８６】
また、本実施形態における位相型回折格子ＤＧでは、第１光学的距離部分１２ａの１個の光学的要素は、気体または真空であり、第２光学的距離部分１２ｂは、複数の光学的要素で構成され、第２光学的距離部分１２ｂの最外露出の光学的要素は、第２光学的距離部分１２ｂの複数の光学的要素における前記最外露出の光学的要素を除く残余の光学的要素の屈折率よりも低い屈折率を持つ物質で形成される。このため、このような位相型回折格子ＤＧは、第１光学的距離部分１２ｂの光学的要素が空気または真空で形成されるともに第２光学的距離部分１２ｂの光学的要素が前記残余の光学的要素で形成される場合に較べて、位相型回折格子ＤＧの厚さをより薄くすることが可能となる。この結果、位相型回折格子ＤＧが点波源から放射された例えばＸ線等の電磁波に対する回折に用いられた場合でも、位相型回折格子の周辺部領域におけるいわゆる斜め入射が低減され、位相型回折格子ＤＧの性能劣化を低減することができる。
【００８７】
また、本実施形態における位相型回折格子ＤＧでは、第２光学的距離部分１２ｂの前記最外露出の光学的要素は、金、白金およびイリジウムのうちのいずれかであり、第２光学的距離部分１２ｂの前記残余の光学的要素は、シリコン、石英およびアルムニウムのうちのいずれかである。図１に示す例では、前記残余の光学的要素としてシリコン、石英およびアルムニウムのうちのいずれかで形成された第１光学的要素部分１２ｂ１と、前記最外露出の光学的要素として金、白金およびイリジウムのうちのいずれかで形成された第２光学的要素部分１２ｂ２とで第２光学的距離部分１２ｂが形成されている。
【００８８】
このように本実施形態では、比較的屈折率が大きく単位長さ当たりの位相変化が比較的大きな物質である金、白金およびイリジウムのうちのいずれかと、シリコン、石英およびアルムニウムのうちのいずれかとによって第２光学的距離部分１２ｂを形成した位相型回折格子が提供される。したがって、このような本実施形態における位相型回折格子ＤＧは、第１光学的距離部分１２ａの光学的要素が空気または真空で形成されるともに第２光学的距離部分１２ｂの光学的要素がシリコン、石英およびアルムニウムのうちのいずれかで形成される場合に較べて、その厚さをより薄くすることが可能となる。したがって、位相型回折格子ＤＧが点波源から放射された例えばＸ線等の電磁波に対する回折に用いられた場合でも、位相型回折格子の周辺部領域におけるいわゆる斜め入射が低減され、位相型回折格子ＤＧの性能劣化を低減することができる。
【００８９】
また、本実施形態における位相型回折格子ＤＧの製造方法では、パターン部材３３に基づく光学的距離部分の露出面が、仕様によって許容される表面粗さを持つ厚さで形成される。このため、このような本実施形態における位相型回折格子ＤＧの製造方法は、表面の粗さをより低減することができる位相型回折格子ＤＧを製造することができる。
【００９０】
（タルボ干渉計およびタルボ・ロー干渉計）
上記実施形態の位相型回折格子の製造方法は、表面の粗さをより低減しつつ比較的厚さの薄い位相型回折格子ＤＧを製造することができるので、この位相型回折格子ＤＧは、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。この位相型回折格子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。
【００９１】
図１３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１４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。
【００９２】
実施形態のＸ線用タルボ干渉計１００Ａは、図１３に示すように、所定の波長のＸ線を放射するＸ線源１０１と、Ｘ線源１０１から照射されるＸ線を回折する位相型の第１回折格子１０２と、第１回折格子１０２により回折されたＸ線を回折することにより画像コントラストを形成する振幅型の第２回折格子１０３とを備え、第１および第２回折格子１０２、１０３がＸ線タルボ干渉計を構成する条件に設定される。そして、第２回折格子１０３により画像コントラストの生じたＸ線は、例えば、Ｘ線を検出するＸ線画像検出器１０５によって検出される。そして、このＸ線用タルボ干渉計１００Ａでは、第１回折格子１０２が前記位相型回折格子ＤＧである。タルボ干渉計１００Ａを構成する前記条件は、上述した式１および式２によって表される。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
このような図１３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。
【００９６】
一方、タルボ・ロー干渉計１００Ｂは、図１４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１３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。このタルボ・ロー干渉計１００Ｂでは、このマルチスリット板１０４を用いることによって、マルチスリット板１０４の各スリットがそれぞれＸ線の点光源となるから、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。このため、このタルボ・ロー干渉計１００Ｂは、より良好なモアレ縞が得られる。
【００９７】
（Ｘ線撮像装置）
前記位相型回折格子ＤＧ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、前記位相型回折格子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。
【００９８】
図１５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１５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とを備えている。
【００９９】
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。
【０１００】
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位相型回折格子ＤＧの製造方法によって製造された位相型回折格子ＤＧ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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
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。
【０１０９】
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。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
そして、本実施形態のＸ線撮像装置２００では、タルボ干渉計を構成する第１回折格子２０１に、表面の粗さをより低減しつつ比較的厚さの薄い位相型回折格子ＤＧを用いるので、より確実に回折され、より鮮明なＸ線の像を得ることができる。
【０１１３】
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板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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
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。
【０１１６】
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。
【符号の説明】
【０１１７】
ＤＧ 位相型回折格子
１１ 支持体部分
１２ 格子
１２ａ 第１光学的距離部分
１２ｂ 第２光学的距離部分
３０ 基板
３１ 基板の基部
３２ 基板の壁部
３３ パターン部材
１００Ａ Ｘ線用タルボ干渉計
１００Ｂ Ｘ線用タルボ・ロー干渉計
１０２、２０３ 第１回折格子
１０３、２０２ 第２回折格子
１０４ マルチスリット板
２００ Ｘ線撮像装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位相型回折格子に関し、特に、表面の粗さをより低減することができる位相型回折格子に関する。そして、本発明は、この位相型回折格子を製造する位相型回折格子の製造方法および該位相型回折格子を用いたＸ線撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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進展しつつある。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。
【０００３】
この位相型回折格子は、例えば、第１光学的距離に対応する第１屈折率および第１厚さを有して一方向に線状に延びる複数の第１光学的距離部分と、前記第１光学的距離部分を通過した波に対して所定の位相差を生じさせる第２光学的距離に対応する第２屈折率および第２厚さを有して前記一方向に線状に延びる複数の第２光学的距離部分とを入射面と射出面との間に備え、これら複数の第１光学的距離部分と複数の第２光学的距離部分とは、交互に平行に配設される。なお、光路中に複数の媒質が存在する場合では、この光路における光学的距離は、各媒質での各光学的距離の和となる。このような位相型回折格子は、例えば、特許文献１に開示されている。
【０００４】
この特許文献１に開示の位相格子は、シリコンウェハ内に長方形構造体である複数の隙間をドライエッチングで空けることによって形成された、交互に平行に配設される複数の突条部および複数の前記隙間を備えている。そして、この特許文献１に開示の位相格子は、さらに、前記突条部を通過したＸ線と前記隙間を通過したＸ線との強度（振幅）を一致させ、０次回折光を消すために、前記複数の隙間における各底部には、充填材料がさらに配設されている（［００３２］段落、［００４９］段落および図４）。そして、このような構成の位相格子は、特許文献１の［００５０］段落によれば、前記充填材料を格子にスパッタリングし、引き続き格子の表面、つまり突条部の末端を化学−機械的に研磨することによって製造される。
【０００５】
一方、このような位相型回折格子は、前記特許文献１やあるいは特許文献２に開示されているように、Ｘ線干渉計、例えばタルボ干渉計に利用され、さらに、このタルボ干渉計を用いたいわゆる位相コントラスト法によるＸ線撮像装置に利用されている。
【０００６】
図１６は、従来技術におけるＸ線撮像装置の概略的な構成を示す図である。図１６（Ａ）は、特許文献２に記載のＸ線撮像装置の概略的な構成を示す説明図であり、図１６（Ｂ）は、その上面図である。図１６において、この特許文献２に記載のＸ線撮像装置１０００は、Ｘ線源１００１と、Ｘ線源１００１から照射されるＸ線を回折する位相型回折格子１００２と、位相型回折格子１００２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回折格子１００３と、振幅型回折格子１００３により画像コントラストの生じたＸ線を検出するＸ線画像検出器１００４とを備え、位相型回折格子１００２および振幅型回折格子１００３がタルボ干渉計を構成する条件に設定される。この条件は、次の式１および式２によって表される。式２は、Ｘ線源１００１側に配置される回折格子１００２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１００１の開口径であり、Ｌは、Ｘ線源１００１から位相型回折格子１００２までの距離であり、Ｚ１は、位相型回折格子１００２から振幅型回折格子１００３までの距離であり、Ｚ２は、振幅型回折格子１００３からＸ線画像検出器１００４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）である。
【０００７】
このような構成のＸ線撮像装置１０００では、Ｘ線源１００１と位相型回折格子１００２との間に被検体１０１０が配置され、Ｘ線源１００１から位相型回折格子１００２に向けてＸ線が照射される。この照射されたＸ線は、位相型回折格子１００２でタルボ効果を生じ、タルボ像を形成する。このタルボ像が振幅型回折格子１００３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１００４で検出される。このモアレ縞は、被検体１０１０によって変調を受けており、この変調量が被検体１０１０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１０１０およびその内部の構造を検出することができる。
【０００８】
ここで、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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００７−２０３０６４号公報
【特許文献２】国際公開第２００４／０５８０７０号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、このような位相型回折格子に入射されるＸ線、あるいは、位相型回折格子から射出されるＸ線は、その表面が粗いとその粗い表面によって散乱してしまう。その結果、設計値に応じた位相型回折格子の性能が達成されなくなってしてしまう。前記特許文献１では、この点の言及は全くなく、考慮されていない。
【００１１】
例えば、第１および第２光学的距離部分が金属および空気で形成される場合であって、２８ｋｅＶ（波長０．０４ｎｍ）のＸ線に適用されるπ／２型位相型回折格子を設計する場合に、比較的大きく位相を変化させる金が前記金属として用いられる場合、その金の厚さは、２．７μｍとなる。このような膜（層）としては比較的厚い金を形成する手法は、電鋳法（湿式電界メッキ法）が好適であるが、このような厚さの金を電鋳法で形成すると、その表面が粗くなってしまう。
【００１２】
そこで、これを回避するべく、上記金属、上記例では金に代え、表面を比較的平滑に加工の可能なシリコン基板が用いられる場合、上述と同じ条件で、すなわち、２８ｋｅＶのＸ線に適用されるπ／２型位相型回折格子では、シリコンの厚さは、１８μｍとなる。このような厚さの格子を持つ位相型回折格子では、Ｘ線源１００１から放射したＸ線は、Ｘ線源１００１が一般に略点光源であるため、放射状に拡がるので、位相型回折格子１００２の中心領域では、Ｘ線が格子と略平行に入射され、タルボ干渉計として機能するが、位相型回折格子１００２の両サイドの各領域では、Ｘ線が格子に対して斜めに入射されるため、位相型回折格子の機能を適切に発揮することができず、タルボ干渉計として適切に機能しなくなってしまう。
【００１３】
すなわち、比較的大きく位相を変化させる例えば金等の比較的重い元素を用いる位相型回折格子の製造方法は、厚さの薄い位相型回折格子となるため、斜め入射による位相型回折格子の機能劣化を低減することができる。しかしながら、位相型回折格子に適した厚さの金を形成すると、その表面が粗くなってしまう場合がある。
【００１４】
一方、表面を比較的平滑に加工の可能なシリコン基板や石英基板を用いる位相型回折格子の製造方法は、表面の粗さを低減することができるが、厚さの厚い位相型回折格子となるため、斜め入射による位相型回折格子の機能劣化が生じてしまう。
【００１５】
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、表面の粗さをより低減することができる位相型回折格子を提供することである。そして、本発明は、この位相型回折格子を製造する位相型回折格子の製造方法および該位相型回折格子を用いたＸ線撮像装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明者は、種々検討した結果、上記目的は、以下の本発明により達成されることを見出した。すなわち、本発明の一態様にかかる位相型回折格子は、第１光学的距離に対応する第１厚さを有して所定の規則に従って配列された複数の第１光学的距離部分と、前記第１光学的距離部分を通過したＸ線に対して所定の位相差を生じさせる第２光学的距離に対応する第２厚さを有して前記複数の第１光学的距離部分に応じて配列された第２光学的距離部分とを入射面と射出面との間に備え、前記第１光学的距離部分は、１個の光学的要素で構成され、前記第２光学的距離部分は、複数の光学的要素で構成され、前記第１光学的距離部分の１個の光学的要素は、前記第２光学的距離部分の複数の光学的要素における各屈折率よりも高い屈折率を持ち、前記第２光学的距離部分の複数の光学的要素のうちで最も外部に露出する最外露出の光学的要素は、仕様によって許容される表面粗さを持つ厚さであることを特徴とする。そして、好ましくは、この位相型回折格子において、前記複数の光学的要素の各厚さの和は、前記第２光学的距離部分の前記第２厚さに等しく、かつ、前記複数の光学的要素のそれぞれについて求められる屈折率と厚さとの積のそれぞれの和は、前記第２光学的距離に等しい。
【００１７】
このような構成の位相型回折格子では、第２光学的距離部分の複数の光学的要素のうちで最も外部に露出する最外露出の光学的要素が、仕様によって許容される表面粗さを持つ厚さで形成される。このため、このような構成の位相型回折格子は、表面の粗さを低減することができる。
【００１８】
なお、光学的要素とは、当該媒質を伝播する電磁波の光学的距離に作用するものであり、例えば、物質、空気および真空等である。光学的距離は、入射する電磁波の波長に対し、その屈折率とその厚さ（長さ）との積によって与えられる。
【００１９】
また、他の一態様では、これら上述の位相型回折格子において、前記第１光学的距離部分の１個の光学的要素は、気体または真空であり、前記第２光学的距離部分の前記最外露出の光学的要素は、前記第２光学的距離部分の複数の光学的要素における前記最外露出の光学的要素を除く残余の光学的要素の屈折率よりも低い屈折率を持つ物質である。
【００２０】
このような構成の位相型回折格子では、第２光学的距離部分は、複数の光学的要素で構成され、第２光学的距離部分の最外露出の光学的要素は、第２光学的距離部分の複数の光学的要素における前記最外露出の光学的要素を除く残余の光学的要素の屈折率よりも低い屈折率を持つ物質で形成される。このため、このような構成の位相型回折格子は、第１光学的距離部分の光学的要素が空気または真空で形成されるともに第２光学的距離部分の光学的要素が前記残余の光学的要素で形成される場合に較べて、その厚さをより薄くすることが可能となる。
【００２１】
また、他の一態様では、これら上述の位相型回折格子において、前記第２光学的距離部分の前記最外露出の光学的要素は、金、白金およびイリジウムのうちのいずれかであり、前記第２光学的距離部分の前記残余の光学的要素は、シリコン、石英およびアルムニウムのうちのいずれかである。
【００２２】
この構成によれば、相対的に、屈折率が小さく単位長さ当たりの位相変化が相対的に小さな物質である金、白金およびイリジウムのうちのいずれかと、シリコン、石英およびアルムニウムのうちのいずれかとによって第２光学的距離部分を形成した位相型回折格子が提供される。したがって、このような構成の位相型回折格子は、第１光学的距離部分の光学的要素が空気または真空で形成されるともに第２光学的距離部分の光学的要素がシリコン、石英およびアルムニウムのうちのいずれかで形成される場合に較べて、その厚さをより薄くすることが可能となる。
【００２３】
また、他の一態様では、これら上述の位相型回折格子において、前記第１光学的距離部分の１個の光学的要素は、気体または真空であり、前記第２光学的距離部分の前記最外露出の光学的要素に隣接する最外露出隣接の光学要素は、前記第２光学的距離部分の複数の光学的要素における前記最外露出隣接の光学的要素を除く残余の光学的要素の屈折率よりも低い屈折率を持つ物質であることを特徴とする。
【００２４】
このような構成の位相型回折格子では、第２光学的距離部分は、複数の光学的要素で構成され、第２光学的距離部分の最外露出隣接の光学的要素は、第２光学的距離部分の複数の光学的要素における前記最外露出隣接の光学的要素を除く残余の光学的要素の屈折率よりも低い屈折率を持つ物質で形成される。このため、このような構成の位相型回折格子は、第１光学的距離部分の光学的要素が空気または真空で形成されるともに第２光学的距離部分の光学的要素が前記残余の光学的要素で形成される場合に較べて、その厚さをより薄くすることが可能となる。そして、第２光学的距離部分の最外露出の光学的要素は、第２光学的距離部分の最外露出隣接の光学的要素に対して、相対的に、屈折率の高い材料で形成されるため、第２光学的距離部分の最外露出の光学的要素の厚さを調整することによって、第２光学的距離部分の光学的距離を設計値に微調整することが可能となる。すなわち、第２光学的距離部分の最外露出の光学的要素は、相対的に、屈折率の高い材料で形成されるため、第２光学的距離部分の光学的距離を調整する調整しろとして効果的である。あるいは、第２光学的距離部分の最外露出隣接の光学的要素の保護膜として、第２光学的距離部分の最外露出の光学的要素を用いることも可能となる。
【００２５】
また、他の一態様では、これら上述の位相型回折格子において、前記第２光学的距離部分の前記最外露出隣接の光学的要素は、金、白金およびイリジウムのうちのいずれかであり、前記第２光学的距離部分の前記残余の光学的要素は、シリコン、石英およびアルムニウムのうちのいずれかであることを特徴とする。
【００２６】
この構成によれば、相対的に、屈折率が小さく単位長さ当たりの位相変化が相対的に小さな物質である金、白金およびイリジウムのうちのいずれかと、シリコン、石英およびアルムニウムのうちのいずれかとを含む第２光学的距離部分を形成した位相型回折格子が提供される。したがって、このような構成の位相型回折格子は、第１光学的距離部分の光学的要素が空気または真空で形成されるともに第２光学的距離部分の光学的要素がシリコン、石英およびアルムニウムのうちのいずれかで形成される場合に較べて、その厚さをより薄くすることが可能となる。
【００２７】
また、他の一態様では、これら上述の位相型回折格子において、前記第１光学的距離部分の１個の光学的要素は、樹脂材料であることを特徴とする。
【００２８】
このような構成の位相型回折格子は、第１光学的距離部分の１個の光学的要素が樹脂材料であるので、第１光学的距離部分の１個の光学的要素が気体または真空である場合に較べて、その機械的な強度を向上することができる。
【００２９】
また、他の一態様にかかる位相型回折格子の製造方法は、基板上に、所定の規則に従って配列された複数のパターン部材を仕様によって許容される表面粗さを持つ厚さで形成するパターン部材形成工程と、所定の位相差を生じさせるように、前記パターン部材形成工程によって形成された前記複数のパターン部材の厚さに応じた深さで、前記パターン部材形成工程で前記複数のパターン部材が形成されていない前記基板の部分をエッチングするエッチング工程とを備える。
【００３０】
このような構成の位相型回折格子の製造方法では、前記パターン部材に基づく光学的距離部分の露出面が、仕様によって許容される表面粗さを持つ厚さで形成される。このため、このような構成の位相型回折格子の製造方法は、表面の粗さをより低減することができる位相型回折格子を製造することができる。
【００３１】
また、他の一態様では、上述の位相型回折格子の製造方法において、前記パターン部材形成工程は、基板上に、仕様によって許容される表面粗さを持つ厚さで前記パターン部材の材料の膜を形成する成膜工程と、前記成膜工程で形成された前記膜を、前記所定の規則に従って配列された複数のパターン部材となるようにパターニングするパターニング工程とを備えることを特徴とする。
【００３２】
このような構成では、いわゆるエッチング法を用いてパターン部材形成工程を実現した位相型回折格子の製造方法が提供される。
【００３３】
また、他の一態様では、上述の位相型回折格子の製造方法において、前記パターン部材形成工程は、所定の規則に従って配列された複数のパターン部材に対応する領域の基板が外部に臨むようにパターニングされたパターニング層を基板上に形成するパターニング層形成工程と、前記パターニング層形成工程後の基板上に、仕様によって許容される表面粗さを持つ厚さで前記パターン部材の材料の膜を形成する成膜工程と、前記パターニング層を除去する除去工程とを備えることを特徴とする。
【００３４】
このような構成では、いわゆるリフトオフ法を用いてパターン部材形成工程を実現した位相型回折格子の製造方法が提供される。
【００３５】
また、他の一態様では、これら上述の位相型回折格子の製造方法において、前記エッチング工程のエッチングは、ウェットエッチングまたはドライエッチングであることを特徴とする。
【００３６】
このような構成では、いわゆる、ウェットエッチングまたはドライエッチングを用いてエッチング工程を実現した位相型回折格子の製造方法が提供される。
【００３７】
また、他の一態様では、これら上述の位相型回折格子の製造方法は、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位相型回折格子を製造する場合に用いられる。
【００３８】
上述したように、これら上述の位相型回折格子の製造方法は、表面の粗さをより低減することができるとともにその厚さをより薄くすることができる位相型回折格子を製造することができるので、この構成によれば、性能の高いＸ線タルボ干渉計またはＸ線タルボ・ロー干渉計を実現することが可能となる。
【００３９】
また、本発明の他の一態様にかかる位相型回折格子は、これら上述のいずれかの位相型回折格子の製造方法によって製造される。
【００４０】
この構成によれば、表面の粗さをより低減することができるとともにその厚さをより薄くすることができる位相型回折格子を実現することが可能となる。
【００４１】
また、本発明の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位相型回折格子を含むことを特徴とする。
【００４２】
このような構成のＸ線撮像装置は、タルボ干渉計またはタルボ・ロー干渉計を構成する位相型回折格子に、表面の粗さをより低減することができるとともにその厚さをより薄くすることができる位相型回折格子を用いるので、より確実に回折され、より鮮明なＸ線の像を得ることができる。
【発明の効果】
【００４３】
本発明にかかる位相型回折格は、表面の粗さをより低減することができる。本発明にかかる位相型回折格子の製造方法は、表面の粗さをより低減することができる位相型回折格子を提供することができる。そして、本発明は、この位相型回折格子を用いたＸ線撮像装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】実施形態における位相型回折格子の構成を示す斜視図である。
【図２】実施形態における位相型回折格子の第１製造方法を説明するための図（その１）である。
【図３】実施形態における位相型回折格子の第１製造方法を説明するための図（その２）である。
【図４】実施形態における位相型回折格子の第２製造方法を説明するための図（その１）である。
【図５】実施形態における位相型回折格子の第２製造方法を説明するための図（その２）である。
【図６】第１光学的距離部分を空気で形成するとともに第２光学的距離部分をシリコンおよび金で形成した位相型回折格子の場合における前記シリコンの長さ（厚さ）と前記金の長さ（厚さ）との関係を示す図である。
【図７】第１光学的距離部分を空気で形成するとともに第２光学的距離部分を石英および金（金表面に膜状に厚さ１００ｎｍのクロムを含む）で形成した位相型回折格子の場合における前記石英の長さ（厚さ）と前記金の長さ（厚さ）との関係を示す図である。
【図８】第１光学的距離部分を空気で形成するとともに第２光学的距離部分を石英および金（膜状にクロム無し）で形成した位相型回折格子の場合における前記石英の長さ（厚さ）と前記金の長さ（厚さ）との関係を示す図である。
【図９】第１光学的距離部分を空気で形成するとともに第２光学的距離部分を石英および白金で形成した位相型回折格子の場合における前記石英の長さ（厚さ）と前記白金の長さ（厚さ）との関係を示す図である。
【図１０】第１光学的距離部分をポリメタクリル酸メチル樹脂（ＰＭＭＡ）で形成するとともに第２光学的距離部分をシリコンおよび金で形成した位相型回折格子の場合における前記シリコンの長さ（厚さ）と前記金の長さ（厚さ）との関係を示す図である。
【図１１】第１光学的距離部分を空気で形成するとともに第２光学的距離部分をシリコン８．１μｍおよび金１．５μｍで第１製造方法によって形成した位相型回折格子の場合における前記金の表面の様子を示す図である。
【図１２】電鋳法によって比較的厚い金で光学的距離部分を形成した場合における前記金の表面の様子を示す図である。
【図１３】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１４】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。
【図１５】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１６】従来技術におけるＸ線撮像装置の概略的な構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
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。
【００４６】
（第１実施形態の位相型回折格子）
図１は、実施形態における位相型回折格子の構成を示す斜視図である。本実施形態の位相型回折格子ＤＧは、図１に示すように、支持体部分１１と、支持体部分１１上に形成された回折格子１２とを備えて構成される。支持体部分１１は、図１に示すようにＤｘＤｙＤｚの直交座標系を設定した場合に、ＤｘＤｙ面に沿った板状または層状である。回折格子１２は、位相型回折格子であって、入射面と射出面との間に複数の第１光学的距離部分１２ａと、複数の第２光学的距離部分１２ｂ（１２ｂ１、１２ｂ２）とを備えている。複数の第１光学的距離部分１２ａは、第１光学的距離ｈ１に対応する第１屈折率ｎ１および第１厚さＨ１を有して所定の規則に従って配列され、複数の第２光学的距離部分１２ｂは、この第１光学的距離部分１２ａを通過した例えばＸ線や光等の電磁波に対して所定の位相差Ｃを生じさせる第２光学的距離ｈ２に対応する第２屈折率ｎ２および第２厚さＨ２を有して複数の第１光学的距離部分１２ａに応じて配列される。
【００４７】
より具体的には、位相型回折格子ＤＧが図１に示すように１次元である場合に、回折格子１２は、前記第１厚さＨ１（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Ｄｘに線状に延びる複数の第１光学的距離部分１２ａと、前記第２厚さＨ２（格子面ＤｘＤｙに垂直なＤｚ方向（格子面ＤｘＤｙの法線方向）の長さ、Ｈ２＝Ｈ１）を有して前記一方向Ｄｘに線状に延びる複数の第２光学的距離部分１２ｂとを備え、これら複数の第１光学的距離部分１２ａと複数の第２光学的距離部分１２ｂとは、交互に平行に配設される。このため、複数の第１光学的距離部分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。言い換えれば、複数の第２光学的距離部分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。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、複数の第１光学的距離部分１２ａ（複数の第２光学的距離部分１２ｂ）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。第１光学的距離部分１２ａは、前記ＤｘＤｙ面に直交するＤｘＤｚ面に沿った板状または層状であり、第２光学的距離部分１２ｂもこのＤｘＤｚ面に沿った板状または層状である。
【００４８】
そして、第１光学的距離部分１２ａは、１個の光学的要素で構成されている。光学的要素とは、上述したように、当該媒質を伝播する電磁波の光学的距離に作用するものであり、例えば、物質、空気および真空等である。光学的距離ｈは、入射する例えばＸ線や光等の電磁波の波長に対し、その屈折率ｎとその厚さ（長さ）Ｈとの積によって与えられる（ｈ＝ｎ×Ｈ）。したがって、第１光学的距離ｈ１は、ｎ１×Ｈ１である（ｈ１＝ｎ１×Ｈ１）。第１光学的距離部分１２ａの前記１個の光学的要素は、当該位相型回折格子ＤＧに用いられる所定の電磁波の波長（例えばＸ線の波長等）に対し、第２光学的距離部分１２ｂの複数の光学的要素における各屈折率よりも高い屈折率を持っており、例えば、気体または所定の真空度の真空である。気体は、１種類の単体または化合物で構成された純物質だけでなく、例えば空気等の複数種類で構成された混合物を含む。また例えば、第１光学的距離部分１２ａの前記１個の光学的要素は、樹脂材料であってもよい。このように第１光学的距離部分１２ａを空間ではなく固体で埋めて形成することによって、このような構成の位相型回折格子ＤＧは、第１光学的距離部分１２ａを空間で形成する場合に較べて、その機械的な強度を向上することができる。
【００４９】
また、第２光学的距離部分１２ｂは、互いに屈折率の異なる複数の光学的要素で構成されており、好ましくは、これら複数の光学的要素の各厚さの和は、第２光学的距離部分１２ｂの第２厚さＨ２に等しく、かつ、これら複数の光学的要素のそれぞれについて求められる屈折率と厚さとの積のそれぞれの和は、第２光学的距離ｈ２に等しい。そして、第２光学的距離部分１２ｂの複数の光学的要素のうちで最も外部に露出する最外露出の光学的要素は、当該位相型回折格子ＤＧを伝播する電磁波に生じる例えば散乱等に対して仕様によって許容される表面粗さを持つ厚さで形成されている。第１および第２光学的距離部分１２ａ、１２ｂの各幅Ｗは、前記一方向（長尺方向）Ｄｘに直交する方向（幅方向）Ｄｙにおける各光学的距離部分１２ａ、１２ｂの各長さであり、第１および第２光学的距離部分１２ａ、１２ｂの各厚さは、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ＤｘＤｙの法線方向（深さ方向）Ｄｚにおける各光学的距離部分１２ａ、１２ｂの各長さである。例えば、第２光学的距離部分１２ｂは、２個の第１および第２光学的要素で構成されており、第１光学的要素部分１２ｂ１の屈折率および厚さをそれぞれｎ２１およびＨ２１とし、第２光学的要素部分１２ｂ２の屈折率および厚さをそれぞれｎ２２およびＨ２２とする場合に、Ｈ２１＋Ｈ２２＝Ｈ２（＝Ｈ１）であり、ｎ２１×Ｈ２１＋ｎ２２×Ｈ２２＝ｈ２である。ここで、前記特許文献１に開示の位相格子では、前記充填材料は、前記突条部を通過したＸ線と前記隙間を通過したＸ線との強度（振幅）を一致させ、０次回折光を消すために、前記複数の隙間における各底部に設けられるものであるから、充填材料の光学的距離だけでなく、充填材料での減衰量も考慮されており、前記特許文献１に開示の位相格子では、充填材料は、本実施形態の位相型回折格子ＤＧのような上記関係式だけでは決定（設計）することができず、本実施形態の位相型回折格子ＤＧとは異なる。
【００５０】
さらに、本実施形態では、第２光学的距離部分１２ｂの前記最外露出の光学的要素は、第２光学的距離部分１２ｂの前記複数の光学的要素における前記最外露出の光学的要素を除く残余の光学的要素の屈折率よりも低い屈折率を持つ物質である。例えば、第２光学的距離部分１２ｂの前記最外露出の光学的要素（上述の例では第２光学的距離部分１２ｂの第２光学要素部分１２ｂ２を形成する光学的要素）は、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）およびイリジウム（Ｉｒ）のうちのいずれかであり、第２光学的距離部分１２の前記残余の光学的要素（上述の例では第２光学的距離部分１２ｂの第１光学要素部分１２ｂ１を形成する光学的要素）は、シリコン、石英およびアルムニウムのうちのいずれかである。このような金、白金、ロジウム、ルテニウムおよびイリジウムは、当該位相型回折格子ＤＧに用いられる所定の電磁波の波長（例えばＸ線の波長等）に対し、相対的に、屈折率が小さく単位長さ当たりの位相変化が相対的に小さな物質である。これに対し、シリコン、石英およびアルムニウムは、相対的に屈折率が大きく単位長さ当たりの位相変化が相対的に大きな物質であるが、加工性が高い物質である。
【００５１】
このような位相差Ｃを生じさせる部分が複数の光学的要素から成る位相型回折格子ＤＧは、基板上に、所定の規則に従って配列された所定形状の複数のパターン部材を仕様によって許容される表面粗さを持つ厚さで形成するパターン部材形成工程と、所定の位相差を生じさせるように、前記パターン部材形成工程によって形成された前記複数のパターン部材の厚さに応じた深さで、前記パターン部材形成工程で前記複数のパターン部材が形成されていない前記基板の部分をエッチングするエッチング工程とによって製造される。より具体的には、このような位相型回折格子ＤＧは、いわゆるエッチング法またはリフトオフを用いたパターン部材形成工程と、ウェットエッチング法またはドライエッチング法を用いたエッチング工程とによって製造される。
【００５２】
前記パターン部材の所定形状は、１次元格子では、例えば、前記厚さを持つ平面視にてストライプ形状（所定の幅Ｗを持つ線形状、所定の幅Ｗを持つ帯形状）であり、また２次元格子では、例えば、円柱、角柱等の柱形状等である。以下、前記パターン部材が前記厚さを持つストライプ形状である１次元の前記位相型回折格子ＤＧの製造方法について、詳述する。なお、前記パターン部材が前記厚さを持つ例えば柱形状等の他の形状であっても同様である。
【００５３】
以下、まず、エッチング法を用いた第１製造方法について説明し、次に、リフトオフ法を用いた第２製造方法について説明する。
【００５４】
（第１製造方法）
図２は、実施形態における位相型回折格子の第１製造方法を説明するための図（その１）である。図３は、実施形態における位相型回折格子の第１製造方法を説明するための図（その２）である。
【００５５】
この第１製造方法は、前記パターン部材形成工程として、基板３０上に、仕様によって許容される表面粗さを持つ厚さで前記パターン部材の材料の膜３３を形成する成膜工程が実施され、前記成膜工程で形成された前記膜３３を、前記所定の規則に従って配列された複数のパターン部材３３となるようにパターニングするパターニング工程が実施される。
【００５６】
より具体的には、本実施形態の位相型回折格子ＤＧを製造するために、まず、基板３０が用意される（図２（Ａ））。この基板３０は、後述の各工程で処理されることによって、支持体部分１１および第２光学的距離部分１２ｂの第１光学的要素部分１２ｂ１となるので、第２光学的距離部分１２ｂにおける第１光学的要素部分１２ｂ１の光学的要素の材料が選択される。基板３０には、好ましくは、表面を、当該位相型回折格子ＤＧを伝播する電磁波にとって平滑に加工することが可能な材料が採用される。例えば、基板３０は、シリコン基板３０ａである。また例えば、基板３０は、石英基板３０ｂである。また例えば、基板３０は、アルミニウム基板３０ｃである。基板３０がシリコン基板３０ａである場合で、かつ後述の膜３３の形成の際に電鋳法等の湿式メッキを用いる場合では、シリコン基板３０ａは、多数キャリアが電子であるｎ型シリコンであることが好ましい。この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をすると、後述の電鋳工程では、メッキ液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、結果として金属がより析出し易くなる。
【００５７】
次に、基板３０上に、仕様によって許容される表面粗さを持つ厚さでパターン部材３３の材料の膜（層）３３が所定の成膜法によって形成される（成膜工程、図２（Ｂ））。この膜３３は、後述の各工程で処理されることによって、第２光学的距離部分１２ｂの第２光学的要素部分１２ｂ２となるので、第２光学的距離部分１２ｂにおける第２光学的要素部分１２ｂ２の光学的要素の材料が選択される。例えば、膜３３の材料は、金である。これによって後述の各工程を経ることで金のパターン部材３３ａとなる。また例えば、膜３３の材料は、白金である。これによって後述の各工程を経ることで白金のパターン部材３３ｂとなる。また例えば、膜３３の材料は、イリジウムである。これによって後述の各工程を経ることでイリジウムのパターン部材３３ｃとなる。
【００５８】
成膜法には、例えば、真空蒸着法、スパッタ法および化学気相成長法（Chemical Vapor Deposition、ＣＶＤ）等の乾式メッキ法や、電鋳法等の湿式メッキ法が用いられる。前記乾式メッキ法は、表面の粗さをオングストロームレベルで膜を形成することができ、仕様によって許容される表面粗さを比較的容易に達成することができるが、膜厚が例えば３μｍや５μｍ等の数μｍ以上となると、成膜時間が著しく長くなったり、成膜の際に応力によって剥がれ易くなってり等してしまう。この点、湿式メッキ法の電鋳法は、有利であるが、膜厚の増加に従って表面粗さが大きくなってしまい、膜厚が数μｍ以上となると、Ｘ線を散乱してしまう。このため、乾式メッキ法では、膜厚は、好ましくは、２μｍ以下であり、また、仕様によって許容される表面粗さを実現するために、少なくとも、湿式メッキ法では、膜厚は、好ましくは、１．５μｍ以下である。
【００５９】
次に、膜３３をパターン部材３３に形成するべく、基板３０上に形成された膜３３をパターニングするために、この膜３３上に感光性樹脂層４０が例えばスピンコート等によって形成される（図２（Ｃ））。ここで、感光性樹脂層４０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。なお、これに限定されるものではなく、例えば、感光性樹脂層４０に代え、電子線露光用のレジスト層であってもよい。
【００６０】
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４０がパターニングされ（図２（Ｄ））、このパターニングした部分の感光性樹脂層４０が除去される（図３（Ａ））。より具体的には、感光性樹脂層４０にリソグラフィーマスク４１を押し当てて、感光性樹脂層４０にリソグラフィーマスク４１を介して紫外線４２が照射され、感光性樹脂層４０がパターン露光され、現像される（図２（Ｄ））。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４０が除去される（図３（Ａ））。
【００６１】
次に、パターニングされた感光性樹脂層４０をマスクに、エッチングによって感光性樹脂層４０の除去された部分の膜３３が除去されて膜３３がパターニングされ、パターン部材３３となる（図３（Ａ））。より具体的には、例えば、膜３３が金である場合には、いわゆる王水に浸漬され、ウェットエッチングによってパターニングされる。また例えば、膜３３が白金である場合には、ヨウ化水素ガスを用いたＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）ドライエッチングによってパターニングされる。
【００６２】
次に、所定の位相差を生じさせるように、パターン部材３３の厚さに応じた深さで、パターン部材３３が形成されていない基板３０の部分が前記法線方向Ｄｚにエッチングされる（エッチング工程、図３（Ｃ））。この図３（Ａ）に示す膜３３のエッチングによって残ることで形成されたパターン部材３３および図３（Ｃ）に示す基板３０のエッチングによって残ることでＤｘＤｚ面に沿って形成されたパターン部材３３に続く基板３０の板状部分３０ｂ（基板３０の壁部３２）が第２光学的距離部分１２ｂとなる。より詳しくは、前記パターン部材３３は、第２光学的距離部分１２ｂの第２光学的要素部分１２ｂ２となり、前記基板３０の壁部３２は、第２光学的距離部分１２ｂの第１光学的要素部分１２ｂ１となる。そして、この図３（Ａ）に示す膜３３のエッチングによって形成された空間（第１空間）３４（互いに隣接するパターン部材３３によって挟まれた空間３４）および図３（Ｃ）に示す基板３０のエッチングによって形成された前記第１空間に続く空間（第２空間）３５（互いに隣接する基板３０の壁部３２によって挟まれた空間３５）が第１光学的距離部分１２ａ（３６）となる。
【００６３】
なお、図３（Ｃ）に示す基板３０のエッチングによってＤｘＤｙ面に沿って残った基板３０の板状部分３０ａ（基板３０の基部３１）が支持体部分１１となる。
【００６４】
以上のような各製造工程を経ることによって、図１に示す構成の位相型回折格子ＤＧが製造される。
【００６５】
（第２製造方法）
図４は、実施形態における位相型回折格子の第２製造方法を説明するための図（その１）である。図５は、実施形態における位相型回折格子の第２製造方法を説明するための図（その２）である。
【００６６】
この第２製造方法は、前記パターン部材形成工程として、所定の規則に従って配列された複数のパターン部材に対応する領域の基板３０が外部に臨むようにパターニングされたパターニング層４０を基板３０上に形成するパターニング層形成工程が実施され、このパターニング層形成工程後の基板３０上に、仕様によって許容される表面粗さを持つ厚さで前記パターン部材の材料の膜３３を形成する成膜工程が実施され、前記パターニング層を除去する除去工程が実施される。
【００６７】
より具体的には、本実施形態の位相型回折格子ＤＧを製造するために、まず、第１製造方法と同様に、基板３０が用意される（図４（Ａ））。
【００６８】
次に、所定の規則に従って配列された複数のパターン部材３３に対応する領域の基板３０が外部に臨むようにパターニングされたパターニング層４０が基板３０上に形成される（パターニング層形成工程、図４（Ａ）〜図４（Ｄ））。すなわち、基板３０上に、所定の規則に従って配列された複数のパターン部材３３を形成するためのリフトオフのマスクとなるようにパターニングされたパターニング層４０が形成される。
【００６９】
より具体的には、基板３０上にパターニング層４０を形成するために、まず、基板３０上に感光性樹脂層４０が例えばスピンコート等によって形成され（図４（Ｂ））、続いて、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４０がパターニングされ（図４（Ｃ））、このパターニングした部分の感光性樹脂層４０が除去される（図４（Ｄ））。より具体的には、感光性樹脂層４０にリソグラフィーマスク４１を押し当てて、感光性樹脂層４０にリソグラフィーマスク４１を介して紫外線４２が照射され、感光性樹脂層４０がパターン露光され、現像される（図４（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４０が除去される（図４（Ｄ））。
【００７０】
次に、このパターニング層形成工程後の基板３０上に、仕様によって許容される表面粗さを持つ厚さでパターン部材の材料の膜３３が所定の成膜法によって形成される（成膜工程、図５（Ａ））。この膜３３は、後述の各工程で処理されることによって、第２光学的距離部分１２ｂの第２光学的要素部分１２ｂ２となるので、第２光学的距離部分１２ｂにおける第２光学的要素部分１２ｂ２の光学的要素の材料が選択される。この成膜法には、成膜中にパターニング層４０が失われない成膜方法が用いられる。例えば、この成膜法として、真空蒸着法が用いられる。また例えば、電鋳法が用いられる。図５（Ａ）には、成膜法として真空蒸着法が用いられた場合の膜３３が示されている。
【００７１】
上述したように、前記真空蒸着法は、乾式メッキ法の一つであるから、表面の粗さをオングストロームレベルで膜を形成することができ、仕様によって許容される表面粗さを比較的容易に達成することができるが、膜厚が例えば３μｍや５μｍ等の数μｍ以上となると、成膜の際に応力によって剥がれ易くなってしまう。この点、湿式メッキ法の電鋳法は、有利であるが、膜厚の増加に従って表面粗さが大きくなってしまい、膜厚が数μｍ以上となると、Ｘ線を散乱してしまう。このため、真空蒸着法では、膜厚は、好ましくは、２μｍ以下であり、また、仕様によって許容される表面粗さを実現するために、少なくとも、湿式メッキ法では、膜厚は、好ましくは、１．５μｍ以下である。
【００７２】
次に、パターニング層４０が除去される（除去工程、図５（Ｂ））。これによって所定の規則に従って配列された複数のパターン部材３３が基板３０上に形成される。
【００７３】
次に、図３（Ｃ）に示す第１製造方法のエッチング工程と同様に、所定の位相差を生じさせるように、パターン部材３３の厚さに応じた深さで、パターン部材３３が形成されていない基板３０の部分が前記法線方向Ｄｚにエッチングされる（エッチング工程、図５（Ｃ））。この図５（Ｂ）に示すパターニング層４０の除去によって残ることで形成されたパターン部材３３および図５（Ｃ）に示す基板３０のエッチングによって残ることでＤｘＤｚ面に沿って形成されたパターン部材３３に続く基板３０の板状部分３２（基板３０の壁部３２）が第２光学的距離部分１２ｂとなる。より詳しくは、前記パターン部材３３は、第２光学的距離部分１２ｂの第２光学的要素部分１２ｂ２となり、前記基板３０の壁部３２は、第２光学的距離部分１２ｂの第１光学的要素部分１２ｂ１となる。そして、この図５（Ｂ）に示すパターニング層４０が除去されることによって形成された空間（第１空間）３４および図５（Ｄ）に示す基板３０のエッチングによって形成された前記第１空間に続く空間（第２空間）３５が第１光学的距離部分１２ａ（３６）となる。
【００７４】
なお、図５（Ｃ）に示す基板３０のエッチングによってＤｘＤｙ面に沿って残った基板３０の板状部分３０ａ（基板３０の基部３１）が支持体部分１１となる。
【００７５】
以上のような各製造工程を経ることによって、図１に示す構成の位相型回折格子ＤＧが製造される。
【００７６】
これら第１および第２製造方法における前記エッチング工程において、基板３０をＤｚ方向にエッチングする深さは、次のように設計される。
【００７７】
第２光学的距離部分１２ｂが２個の第１および第２光学的要素で形成されている場合を例にすると、第１および第２光学的要素部分１２ｂ１、１２ｂ２の各屈折率をそれぞれｎｂ１およびｎｂ２とし、第１および第２光学的要素部分１２ｂ１、１２ｂ２の各長さ（各厚さ）をそれぞれＨｂ１およびＨｂ２とし、Ｘ線の波長をλとし、位相差をＮ（位相差πの場合はＮ＝１であり、位相差π／２の場合はＮ＝２である）とする場合に、次式１の関係がある。
Ｈｂ１＝｛−（１−ｎｂ２）×Ｈｂ２＋（λ／（２×Ｎ））｝／（１−ｎｂ１） ・・・（１）
これら式１は、第２光学的要素部分１２ｂ２の長さ（厚さ）が決定された後に、第１光学的要素部分１２ｂ１の長さ（厚さ）を如何に決定するかを示している。なお、第２光学的距離部分１２ｂが３個以上の複数の光学的要素で形成されている場合も同様の式を導出することができる。
【００７８】
２８ｋｅＶ（波長０．０４ｎｍ）のＸ線に対し、π／２位相型回折格子である場合における式１の計算例が図６ないし図１０に示されている。図６は、第１光学的距離部分を空気で形成するとともに第２光学的距離部分をシリコンおよび金で形成した位相型回折格子の場合における前記シリコンの長さ（厚さ）と前記金の長さ（厚さ）との関係を示す図である。図７は、第１光学的距離部分を空気で形成するとともに第２光学的距離部分を石英および金（金表面に膜状に厚さ１００ｎｍのクロムを含む）で形成した位相型回折格子の場合における前記石英の長さ（厚さ）と前記金の長さ（厚さ）との関係を示す図である。図８は、第１光学的距離部分を空気で形成するとともに第２光学的距離部分を石英および金（膜状にクロム無し）で形成した位相型回折格子の場合における前記石英の長さ（厚さ）と前記金の長さ（厚さ）との関係を示す図である。図９は、第１光学的距離部分を空気で形成するとともに第２光学的距離部分を石英および白金で形成した位相型回折格子の場合における前記石英の長さ（厚さ）と前記白金の長さ（厚さ）との関係を示す図である。図１０は、第１光学的距離部分をポリメタクリル酸メチル樹脂（ＰＭＭＡ）で形成するとともに第２光学的距離部分をシリコンおよび金で形成した位相型回折格子の場合における前記シリコンの長さ（厚さ）と前記金の長さ（厚さ）との関係を示す図である。これら図６ないし図１０において、横軸は、μｍ単位で表す第２光学的要素部分１２ｂ２の厚さであり、その縦軸は、μｍ単位で表す第１光学的要素部分１２ｂ１の厚さである。なお、図７では、金上にクロムが積層された第２光学的要素部分１２ｂ２の場合を示している。すなわち、第２光学的距離部分１２ｂが石英、金およびクロムの３個の光学的要素で形成されている。
【００７９】
ここで、２８ｋｅＶ（波長０．０４ｎｍ）のＸ線に対し、シリコンの屈折率ｎＳｉは、０．９９９９９９３８４−ｉ１．２８２９６８５ｅ−９であり、石英の屈折率ｎＳｉＯ２は、０．９９９９９９４１８−ｉ７．１４１２６７０ｅ−１０であり、金の屈折率ｎＡｕは、０．９９９９９５９６０−ｉ２．１２３８４８１ｅ−７であり、白金の屈折率ｎＰｔは、０．９９９９９５４７７−ｉ２．３１５１４７３ｅ−７であり、そして、クロムの屈折率ｎＣｒは、０．９９９９９８２２９−ｉ１．８５１５５９１ｅ−８である。また、ＰＭＭＡの屈折率ｎＰＭＭＡは、０．９９９９９９６６０−ｉ１．１７７８２１７ｅ−１０である。ここで、ｉは、虚数単位であり、ｉ２＝−１である。
【００８０】
第１製造方法での一具体例を挙げると、２８ｋｅＶ（波長０．０４ｎｍ）のＸ線用にπ／２位相型回折格子ＤＧを製造する場合において、まず、シリコン基板３０ａが用意され、このシリコン基板３０ａ上にスパッタリング法によって金（Ａｕ）が厚さ１．５μｍで成膜された。続いて、この成膜した金の膜３３の主面上に感光性樹脂層４０が例えばスピンコート等によって塗布され、続いて、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４０がパターニングされ、このパターニングした部分の感光性樹脂層４０が除去された。続いて、このシリコン基板３０ａが王水に浸漬され、パターニングされた感光性樹脂層４０をマスクにウェットエッチングによって、感光性樹脂層４０の除去された部分の金の膜３３が除去されて金の膜３３がパターニングされ、金のパターン部材３３ａが形成された。続いて、このパターニングされた金のパターン部材３３ａをマスクに、ＩＣＰドライエッチングによって所定の位相差π／２を生じさせるように、パターン部材３３ａの厚さ１．５μｍに応じた深さ８．１μｍで（図６参照）、パターン部材３３ａが形成されていないシリコン基板３０ａの部分が前記法線方向Ｄｚにエッチングされた。これによって２８ｋｅＶ（波長０．０４ｎｍ）のＸ線用にπ／２位相型回折格子ＤＧが製造された。
【００８１】
また、第１製造方法での他の一具体例を挙げると、２８ｋｅＶのＸ線用にπ／２位相型回折格子ＤＧを製造する場合において、まず、石英基板３０ｂが用意され、この石英基板３０ｂ上にスパッタリング法によって白金（Ｐｔ）が厚さ１．５μｍで成膜された。続いて、この成膜した白金の膜３３の主面上に感光性樹脂層４０が例えばスピンコート等によって塗布され、続いて、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４０がパターニングされ、このパターニングした部分の感光性樹脂層４０が除去された。続いて、パターニングされた感光性樹脂層４０をマスクにヨウ化水素ガスを用いたＩＣＰドライエッチングによって、感光性樹脂層４０の除去された部分の白金の膜３３が除去されて白金の膜３３がパターニングされた。続いて、このパターニングされた白金の膜３３をマスクに、ＩＣＰドライエッチングによって所定の位相差π／２を生じさせるように、白金のパターン部材３３の厚さ１．５μｍに応じた深さ７．４μｍで（図９参照）、パターン部材３３が形成されていないシリコン基板３０ａの部分が前記法線方向Ｄｚにエッチングされた。これによって２８ｋｅＶ（波長０．０４ｎｍ）のＸ線用にπ／２位相型回折格子ＤＧが製造された。
【００８２】
そして、第２製造方法での一具体例を挙げると、２８ｋｅＶ（波長０．０４ｎｍ）のＸ線用にπ／２位相型回折格子ＤＧを製造する場合において、まず、シリコン基板３０ａが用意され、このシリコン基板３３ａの主面上に感光性樹脂層４０が例えばスピンコート等によって１．５μｍで塗布され、続いて、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４０がパターニングされ、このパターニングした部分の感光性樹脂層４０が除去された。続いて、このパターニングされた感光性樹脂層４０を形成したシリコン基板３０ａがメッキ液に浸漬され、電鋳法（電界メッキ法）によってシリコン基板３０ａ上に金（Ａｕ）が厚さ１．０μｍで成膜された。続いて、この金の膜３３ａが成膜されたシリコン基板３０ａが感光性樹脂層４０を溶解する有機溶媒に浸漬され、パターニングされた感光性樹脂層４０が除去され、金のパターン部材３３ａが形成された。続いて、この金のパターン部材３３ａをマスクに、ＩＣＰドライエッチングによって所定の位相差π／２を生じさせるように、パターン部材３３ａの厚さ１．０μｍに応じた深さ１１．４μｍで（図６参照）、パターン部材３３ａが形成されていないシリコン基板３０ａの部分が、前記法線方向Ｄｚにエッチングされた。これによって２８ｋｅＶ（波長０．０４ｎｍ）のＸ線用にπ／２位相型回折格子ＤＧが製造された。
【００８３】
また、第２製造方法での他の一具体例を挙げると、２８ｋｅＶ（波長０．０４ｎｍ）のＸ線用にπ／２位相型回折格子ＤＧを製造する場合において、まず、石英基板３０ｂが用意され、この石英基板３３ｂの主面上に感光性樹脂層４０が例えばスピンコート等によって２．０μｍで塗布され、続いて、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４０がパターニングされ、このパターニングした部分の感光性樹脂層４０が除去された。続いて、このパターニングされた感光性樹脂層４０を形成した石英基板３０ｂが真空蒸着法によって石英基板３０ｂ上に金（Ａｕ）が厚さ１．６μｍで成膜され、さらに、真空蒸着法によって金の膜３３ａ上にクロム（Ｃｒ）が厚さ０．１μｍで成膜された。ここで、後述のエッチング工程において、石英と金とでは、エッチングの選択比に差が少ないため、エッチングの際の金の保護膜として、このクロムの膜が用いられている。なお、このクロム膜は、その膜厚を調整することによって第２光学的距離部分の光学的距離の調整しろとして用いられてもよい。続いて、この金／クロムの膜３３が成膜された石英基板３０ｂが感光性樹脂層４０を溶解する有機溶媒に浸漬され、パターニングされた感光性樹脂層４０が除去され、金／クロムのパターン部材３３が形成された。続いて、この金／クロムのパターン部材３３をマスクに、ＩＣＰドライエッチングによって所定の位相差π／２を生じさせるように、この金／クロムのパターン部材３３の厚さ１．７μｍ（＝１．６μｍ＋０．１μｍ）に応じた深さ７．６μｍで（図７参照）、この金／クロムのパターン部材３３が形成されていない石英基板３０ｂの部分が、前記法線方向Ｄｚにエッチングされた。これによって２８ｋｅＶ（波長０．０４ｎｍ）のＸ線用にπ／２位相型回折格子ＤＧが製造された。
【００８４】
そして、このような各具体例において、機械的な強度を向上するために、第１光学的距離部分１２ａの空間を固体で埋める工程がさらに行われてもよい。この一具体例を挙げると、２８ｋｅＶ（波長０．０４ｎｍ）のＸ線用にπ／２位相型回折格子ＤＧを製造する場合において、まず、シリコン基板３０ａが用意され、このシリコン基板３０ａ上にスパッタリング法によって金（Ａｕ）が厚さ２．０μｍで成膜された。続いて、この成膜した金の３３の主面上に感光性樹脂層４０が例えばスピンコート等によって塗布され、続いて、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４０がパターニングされ、このパターニングした部分の感光性樹脂層４０が除去された。続いて、このシリコン基板３０ａが王水に浸漬され、パターニングされた感光性樹脂層４０をマスクにウェットエッチングによって、感光性樹脂層４０の除去された部分の金の膜３３が除去されて金の膜３３がパターニングされ、金のパターン部材３３ａが形成された。続いて、このパターニングされた金のパターン部材３３ａをマスクに、ＩＣＰドライエッチングによって所定の位相差π／２を生じさせるように、パターン部材３３の厚さ２．０μｍに応じた深さ１３．３μｍで（図１０参照）、パターン部材３３ａが形成されていないシリコン基板３０ａの部分が前記法線方向Ｄｚにエッチングされた。続いて、金のパターン部材３３ａおよびシリコン基板３０ａの壁部３２によって形成される空間がＰＭＭＡで埋められた。これによって機械的な強度を向上させた２８ｋｅＶ（波長０．０４ｎｍ）のＸ線用にπ／２位相型回折格子ＤＧが製造された。
【００８５】
以上、説明したように、本実施形態における位相型回折格子ＤＧでは、第２光学的距離部分１２ｂの複数の光学的要素のうちで最も外部に露出する最外露出の光学的要素、図１に示す例では、第２光学的要素部分１２ｂ２が、当該位相型回折格子ＤＧを伝播する電磁波の例えば散乱に対し、仕様によって許容される表面粗さを持つ厚さで形成される。このため、表面の荒れを考慮することなく、第２光学的距離部分１２ｂを単一の光学的要素として金（Ａｕ）で例えば電鋳法によって例えばπ／２型の場合には厚さ約３μｍでまた例えばπ型の場合には厚さ約６μｍで形成してしまうと、成膜としては比較的厚いため、例えば前記厚さ約３μｍのπ／２型の場合、レーザ顕微鏡の観察結果である図１２に示すように、その表面は、Ｘ線のような波長の電磁波にとって、非常に荒れた状態となってしまうが、本実施形態における位相型回折格子ＤＧは、上述のように、表面の粗さを考慮しているので、表面の粗さをより低減することができる。例えば、本実施形態における位相型回折格子ＤＧの一具体例として、上述の第１製造方法によるシリコン８．１μｍ／金（Ａｕ）１．５μｍの位相型回折格子ＤＧにおけるレーザ顕微鏡の観察結果である図１１に示す如くである。図１２に示す例では、粗さＲａは、３２Å（オングストローム）であるが、図１１に示す例では、その粗さＲａは、１Åである（粗さＲａは、ＪＩＳ Ｂ０６０１；２００１による算術平均粗さである）。この結果、本実施形態における位相型回折格子ＤＧの性能が向上し、より精度よく電磁波を回折することができる。
【００８６】
また、本実施形態における位相型回折格子ＤＧでは、第１光学的距離部分１２ａの１個の光学的要素は、気体または真空であり、第２光学的距離部分１２ｂは、複数の光学的要素で構成され、第２光学的距離部分１２ｂの最外露出の光学的要素は、第２光学的距離部分１２ｂの複数の光学的要素における前記最外露出の光学的要素を除く残余の光学的要素の屈折率よりも低い屈折率を持つ物質で形成される。このため、このような位相型回折格子ＤＧは、第１光学的距離部分１２ｂの光学的要素が空気または真空で形成されるともに第２光学的距離部分１２ｂの光学的要素が前記残余の光学的要素で形成される場合に較べて、位相型回折格子ＤＧの厚さをより薄くすることが可能となる。この結果、位相型回折格子ＤＧが点波源から放射された例えばＸ線等の電磁波に対する回折に用いられた場合でも、位相型回折格子の周辺部領域におけるいわゆる斜め入射が低減され、位相型回折格子ＤＧの性能劣化を低減することができる。
【００８７】
また、本実施形態における位相型回折格子ＤＧでは、第２光学的距離部分１２ｂの前記最外露出の光学的要素は、金、白金およびイリジウムのうちのいずれかであり、第２光学的距離部分１２ｂの前記残余の光学的要素は、シリコン、石英およびアルムニウムのうちのいずれかである。図１に示す例では、前記残余の光学的要素としてシリコン、石英およびアルムニウムのうちのいずれかで形成された第１光学的要素部分１２ｂ１と、前記最外露出の光学的要素として金、白金およびイリジウムのうちのいずれかで形成された第２光学的要素部分１２ｂ２とで第２光学的距離部分１２ｂが形成されている。
【００８８】
このように本実施形態では、比較的屈折率が大きく単位長さ当たりの位相変化が比較的大きな物質である金、白金およびイリジウムのうちのいずれかと、シリコン、石英およびアルムニウムのうちのいずれかとによって第２光学的距離部分１２ｂを形成した位相型回折格子が提供される。したがって、このような本実施形態における位相型回折格子ＤＧは、第１光学的距離部分１２ａの光学的要素が空気または真空で形成されるともに第２光学的距離部分１２ｂの光学的要素がシリコン、石英およびアルムニウムのうちのいずれかで形成される場合に較べて、その厚さをより薄くすることが可能となる。したがって、位相型回折格子ＤＧが点波源から放射された例えばＸ線等の電磁波に対する回折に用いられた場合でも、位相型回折格子の周辺部領域におけるいわゆる斜め入射が低減され、位相型回折格子ＤＧの性能劣化を低減することができる。
【００８９】
また、本実施形態における位相型回折格子ＤＧの製造方法では、パターン部材３３に基づく光学的距離部分の露出面が、仕様によって許容される表面粗さを持つ厚さで形成される。このため、このような本実施形態における位相型回折格子ＤＧの製造方法は、表面の粗さをより低減することができる位相型回折格子ＤＧを製造することができる。
【００９０】
（タルボ干渉計およびタルボ・ロー干渉計）
上記実施形態の位相型回折格子の製造方法は、表面の粗さをより低減しつつ比較的厚さの薄い位相型回折格子ＤＧを製造することができるので、この位相型回折格子ＤＧは、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。この位相型回折格子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。
【００９１】
図１３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１４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。
【００９２】
実施形態のＸ線用タルボ干渉計１００Ａは、図１３に示すように、所定の波長のＸ線を放射するＸ線源１０１と、Ｘ線源１０１から照射されるＸ線を回折する位相型の第１回折格子１０２と、第１回折格子１０２により回折されたＸ線を回折することにより画像コントラストを形成する振幅型の第２回折格子１０３とを備え、第１および第２回折格子１０２、１０３がＸ線タルボ干渉計を構成する条件に設定される。そして、第２回折格子１０３により画像コントラストの生じたＸ線は、例えば、Ｘ線を検出するＸ線画像検出器１０５によって検出される。そして、このＸ線用タルボ干渉計１００Ａでは、第１回折格子１０２が前記位相型回折格子ＤＧである。タルボ干渉計１００Ａを構成する前記条件は、上述した式１および式２によって表される。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
このような図１３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。
【００９６】
一方、タルボ・ロー干渉計１００Ｂは、図１４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１３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。このタルボ・ロー干渉計１００Ｂでは、このマルチスリット板１０４を用いることによって、マルチスリット板１０４の各スリットがそれぞれＸ線の点光源となるから、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。このため、このタルボ・ロー干渉計１００Ｂは、より良好なモアレ縞が得られる。
【００９７】
（Ｘ線撮像装置）
前記位相型回折格子ＤＧ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、前記位相型回折格子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。
【００９８】
図１５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１５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とを備えている。
【００９９】
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。
【０１００】
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位相型回折格子ＤＧの製造方法によって製造された位相型回折格子ＤＧ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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
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。
【０１０９】
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。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
そして、本実施形態のＸ線撮像装置２００では、タルボ干渉計を構成する第１回折格子２０１に、表面の粗さをより低減しつつ比較的厚さの薄い位相型回折格子ＤＧを用いるので、より確実に回折され、より鮮明なＸ線の像を得ることができる。
【０１１３】
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板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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
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。
【０１１６】
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。
【符号の説明】
【０１１７】
ＤＧ 位相型回折格子
１１ 支持体部分
１２ 格子
１２ａ 第１光学的距離部分
１２ｂ 第２光学的距離部分
３０ 基板
３１ 基板の基部
３２ 基板の壁部
３３ パターン部材
１００Ａ Ｘ線用タルボ干渉計
１００Ｂ Ｘ線用タルボ・ロー干渉計
１０２、２０３ 第１回折格子
１０３、２０２ 第２回折格子
１０４ マルチスリット板
２００ Ｘ線撮像装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１光学的距離に対応する第１厚さを有して所定の規則に従って配列された複数の第１光学的距離部分と、前記第１光学的距離部分を通過したＸ線に対して所定の位相差を生じさせる第２光学的距離に対応する第２厚さを有して前記複数の第１光学的距離部分に応じて配列された第２光学的距離部分とを入射面と射出面との間に備え、
前記第１光学的距離部分は、１個の光学的要素で構成され、
前記第２光学的距離部分は、複数の光学的要素で構成され、
前記第１光学的距離部分の１個の光学的要素は、前記第２光学的距離部分の複数の光学的要素における各屈折率よりも高い屈折率を持ち、
前記第２光学的距離部分の複数の光学的要素のうちで最も外部に露出する最外露出の光学的要素は、仕様によって許容される表面粗さを持つ厚さであること
を特徴とする位相型回折格子。
【請求項２】
前記第１光学的距離部分の１個の光学的要素は、気体または真空であり、
前記第２光学的距離部分の前記最外露出の光学的要素は、前記第２光学的距離部分の複数の光学的要素における前記最外露出の光学的要素を除く残余の光学的要素の屈折率よりも低い屈折率を持つ物質であること
を特徴とする請求項１に記載の位相型回折格子。
【請求項３】
前記第２光学的距離部分の前記最外露出の光学的要素は、金、白金およびイリジウムのうちのいずれかであり、
前記第２光学的距離部分の前記残余の光学的要素は、シリコン、石英およびアルムニウムのうちのいずれかであること
を特徴とする請求項２に記載の位相型回折格子。
【請求項４】
前記第１光学的距離部分の１個の光学的要素は、気体または真空であり、
前記第２光学的距離部分の前記最外露出の光学的要素に隣接する最外露出隣接の光学要素は、前記第２光学的距離部分の複数の光学的要素における前記最外露出隣接の光学的要素を除く残余の光学的要素の屈折率よりも低い屈折率を持つ物質であること
を特徴とする請求項１に記載の位相型回折格子。
【請求項５】
前記第２光学的距離部分の前記最外露出隣接の光学的要素は、金、白金およびイリジウムのうちのいずれかであり、
前記第２光学的距離部分の前記残余の光学的要素は、シリコン、石英およびアルムニウムのうちのいずれかであること
を特徴とする請求項４に記載の位相型回折格子。
【請求項６】
前記第１光学的距離部分の１個の光学的要素は、樹脂材料であること
を特徴とする請求項１に記載の位相型回折格子。
【請求項７】
前記複数の光学的要素の各厚さの和は、前記第２光学的距離部分の前記第２厚さに等しく、かつ、前記複数の光学的要素のそれぞれについて求められる屈折率と厚さとの積のそれぞれの和は、前記第２光学的距離に等しいこと
を特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の位相型回折格子。
【請求項８】
基板上に、所定の規則に従って配列された複数のパターン部材を仕様によって許容される表面粗さを持つ厚さで形成するパターン部材形成工程と、
所定の位相差を生じさせるように、前記パターン部材形成工程によって形成された前記複数のパターン部材の厚さに応じた深さで、前記パターン部材形成工程で前記複数のパターン部材が形成されていない前記基板の部分をエッチングするエッチング工程とを備えること
を特徴とする位相型回折格子の製造方法。
【請求項９】
前記パターン部材形成工程は、
基板上に、仕様によって許容される表面粗さを持つ厚さで前記パターン部材の材料の膜を形成する成膜工程と、
前記成膜工程で形成された前記膜を、前記所定の規則に従って配列された複数のパターン部材となるようにパターニングするパターニング工程とを備えること
を特徴とする請求項８に記載の位相型回折格子の製造方法。
【請求項１０】
前記パターン部材形成工程は、
前記所定の規則に従って配列された複数のパターン部材に対応する領域の前記基板が外部に臨むようにパターニングされたパターニング層を前記基板上に形成するパターニング層形成工程と、
前記パターニング層形成工程後の基板上に、仕様によって許容される表面粗さを持つ厚さで前記パターン部材の材料の膜を形成する成膜工程と、
前記パターニング層を除去する除去工程とを備えること
を特徴とする請求項８に記載の位相型回折格子の製造方法。
【請求項１１】
前記エッチング工程のエッチングは、ウェットエッチングまたはドライエッチングであること
を特徴とする請求項８ないし請求項１０のいずれか１項に記載の位相型回折格子の製造方法。
【請求項１２】
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位相型回折格子を製造する請求項８ないし請求項１１のいずれか１項に記載の位相型回折格子の製造方法。
【請求項１３】
請求項８ないし請求項１１のいずれか１項に記載の位相型回折格子の製造方法によって製造された位相型回折格子。
【請求項１４】
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および請求項１３のいずれか１項に記載の位相型回折格子を含むこと
を特徴とするＸ線撮像装置。
【請求項１】
第１光学的距離に対応する第１厚さを有して所定の規則に従って配列された複数の第１光学的距離部分と、前記第１光学的距離部分を通過したＸ線に対して所定の位相差を生じさせる第２光学的距離に対応する第２厚さを有して前記複数の第１光学的距離部分に応じて配列された第２光学的距離部分とを入射面と射出面との間に備え、
前記第１光学的距離部分は、１個の光学的要素で構成され、
前記第２光学的距離部分は、複数の光学的要素で構成され、
前記第１光学的距離部分の１個の光学的要素は、前記第２光学的距離部分の複数の光学的要素における各屈折率よりも高い屈折率を持ち、
前記第２光学的距離部分の複数の光学的要素のうちで最も外部に露出する最外露出の光学的要素は、仕様によって許容される表面粗さを持つ厚さであること
を特徴とする位相型回折格子。
【請求項２】
前記第１光学的距離部分の１個の光学的要素は、気体または真空であり、
前記第２光学的距離部分の前記最外露出の光学的要素は、前記第２光学的距離部分の複数の光学的要素における前記最外露出の光学的要素を除く残余の光学的要素の屈折率よりも低い屈折率を持つ物質であること
を特徴とする請求項１に記載の位相型回折格子。
【請求項３】
前記第２光学的距離部分の前記最外露出の光学的要素は、金、白金およびイリジウムのうちのいずれかであり、
前記第２光学的距離部分の前記残余の光学的要素は、シリコン、石英およびアルムニウムのうちのいずれかであること
を特徴とする請求項２に記載の位相型回折格子。
【請求項４】
前記第１光学的距離部分の１個の光学的要素は、気体または真空であり、
前記第２光学的距離部分の前記最外露出の光学的要素に隣接する最外露出隣接の光学要素は、前記第２光学的距離部分の複数の光学的要素における前記最外露出隣接の光学的要素を除く残余の光学的要素の屈折率よりも低い屈折率を持つ物質であること
を特徴とする請求項１に記載の位相型回折格子。
【請求項５】
前記第２光学的距離部分の前記最外露出隣接の光学的要素は、金、白金およびイリジウムのうちのいずれかであり、
前記第２光学的距離部分の前記残余の光学的要素は、シリコン、石英およびアルムニウムのうちのいずれかであること
を特徴とする請求項４に記載の位相型回折格子。
【請求項６】
前記第１光学的距離部分の１個の光学的要素は、樹脂材料であること
を特徴とする請求項１に記載の位相型回折格子。
【請求項７】
前記複数の光学的要素の各厚さの和は、前記第２光学的距離部分の前記第２厚さに等しく、かつ、前記複数の光学的要素のそれぞれについて求められる屈折率と厚さとの積のそれぞれの和は、前記第２光学的距離に等しいこと
を特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の位相型回折格子。
【請求項８】
基板上に、所定の規則に従って配列された複数のパターン部材を仕様によって許容される表面粗さを持つ厚さで形成するパターン部材形成工程と、
所定の位相差を生じさせるように、前記パターン部材形成工程によって形成された前記複数のパターン部材の厚さに応じた深さで、前記パターン部材形成工程で前記複数のパターン部材が形成されていない前記基板の部分をエッチングするエッチング工程とを備えること
を特徴とする位相型回折格子の製造方法。
【請求項９】
前記パターン部材形成工程は、
基板上に、仕様によって許容される表面粗さを持つ厚さで前記パターン部材の材料の膜を形成する成膜工程と、
前記成膜工程で形成された前記膜を、前記所定の規則に従って配列された複数のパターン部材となるようにパターニングするパターニング工程とを備えること
を特徴とする請求項８に記載の位相型回折格子の製造方法。
【請求項１０】
前記パターン部材形成工程は、
前記所定の規則に従って配列された複数のパターン部材に対応する領域の前記基板が外部に臨むようにパターニングされたパターニング層を前記基板上に形成するパターニング層形成工程と、
前記パターニング層形成工程後の基板上に、仕様によって許容される表面粗さを持つ厚さで前記パターン部材の材料の膜を形成する成膜工程と、
前記パターニング層を除去する除去工程とを備えること
を特徴とする請求項８に記載の位相型回折格子の製造方法。
【請求項１１】
前記エッチング工程のエッチングは、ウェットエッチングまたはドライエッチングであること
を特徴とする請求項８ないし請求項１０のいずれか１項に記載の位相型回折格子の製造方法。
【請求項１２】
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位相型回折格子を製造する請求項８ないし請求項１１のいずれか１項に記載の位相型回折格子の製造方法。
【請求項１３】
請求項８ないし請求項１１のいずれか１項に記載の位相型回折格子の製造方法によって製造された位相型回折格子。
【請求項１４】
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および請求項１３のいずれか１項に記載の位相型回折格子を含むこと
を特徴とするＸ線撮像装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１３−５７５２０（Ｐ２０１３−５７５２０Ａ）
【公開日】平成２５年３月２８日（２０１３．３．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９４５９６（Ｐ２０１１−１９４５９６）
【出願日】平成２３年９月７日（２０１１．９．７）
【出願人】（３０３０００４２０）コニカミノルタエムジー株式会社 (2,950)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月２８日（２０１３．３．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月７日（２０１１．９．７）
【出願人】（３０３０００４２０）コニカミノルタエムジー株式会社 (2,950)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]