超高精度X線ミラー作製による高分解能硬X線顕微鏡の開発

• Project/Area Number: 15106003
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (S)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Production engineering/Processing studies
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 山内 和人 大阪大学, 大学院工学研究科, 教授 (10174575)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 山村 和也 大阪大学, 大学院工学研究科, 助教授 (60240074) ; 佐野 泰久 大阪大学, 大学院工学研究科, 助教授 (40252598) ; 稲垣 耕司 大阪大学, 大学院工学研究科, 助手 (50273579) ; 三村 秀和 大阪大学, 大学院工学研究科, 助手 (30362651) ; 森 勇藏 大阪大学, 工学研究科, 客員教授 (00029125)
• Project Period (FY): 2003 – 2007
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2006)
• Budget Amount: ¥90,740,000 (Direct Cost: ¥69,800,000、Indirect Cost: ¥20,940,000); Fiscal Year 2006: ¥12,610,000 (Direct Cost: ¥9,700,000、Indirect Cost: ¥2,910,000); Fiscal Year 2005: ¥18,720,000 (Direct Cost: ¥14,400,000、Indirect Cost: ¥4,320,000); Fiscal Year 2004: ¥26,910,000 (Direct Cost: ¥20,700,000、Indirect Cost: ¥6,210,000); Fiscal Year 2003: ¥32,500,000 (Direct Cost: ¥25,000,000、Indirect Cost: ¥7,500,000)
• Keywords: X線ミラー / X線顕微鏡 / X線集光 / 超精密加工 / 超精密形状計測 / 放射光 / コヒーレントX線 / 非球面ミラー / 数値制御加工

Research Abstract

本年度(平成18年4月〜平成18年7月)の研究実績
1 走査型蛍光X線顕微鏡システムの構築
これまで開発を進めてきた、ナノ集光システムの後段に、既存のXYステージと蛍光X線ディテクターを装着させ、走査型の蛍光X線顕微鏡システムを構築した。XYステージには、0.01μm分解能のステージを用いた。蛍光X線ディテクターからの波形分布を、各ポイントで取得可能なシステムとし、複数の元素マップを取得することを可能とした。SPring-8のBL29XULにおいて、テストパターンによるシステムの動作確認と、細胞内の元素分布の観察を行った。テストパターンはFIB (Focused Ion Beam)により作製した。顕微鏡システムの空間分解能のテストを行った結果、30nmの分解能でテストバターンに書かれていた文字を画像化することができた。
細胞観察では、細胞内の核やミトコンドリアの観察において、同時に複数の元素分布を可視化することに成功した。
2 ブロジェクション顕微鏡システムの予備検討
ブロジェクション型顕微鏡システムとしては、将来的な発展性を考慮すると、近年注目をあびているX線回折顕微鏡の導入が不可欠であり、検討を開始した。本手法は、X線の透過強度分布から、集光点近傍のサンプル内の電子分布を求めるものであり、原理的にナノメートルの空間分解能を持つ顕微鏡手法として有力である。今年度は、位相回復法と呼ばれる数学的手法に基づくブログラムを開発した。そして、ミラー集光光学系においても、透過強度分布からサンブルの電子構造を求めることが可能であることがわかった。

Research Products

• [Journal Article] At-wavelength figure metrology of hard x-ray focusing mirrors (2006)
  • Author(s): H.Yumoto
  • Journal Title: Review of Scientific instruments 77 Pages: 63712-63712
• [Journal Article] Fabrication of elliptically figured mirror for focusing hard X-rays to size less than 50 nm (2005)
  • Author(s): H.Yumoto
  • Journal Title: Review of Scientific Instruments 76 Pages: 63708-63708
• [Journal Article] Hard X-ray Diffraction-Limited Nanofocusing with Kirkpatrick-Baez Mirrors (2005)
  • Author(s): H.Mimura
  • Journal Title: Japanese Journal of Applied Physics Express Letter 44(18)
  • NAID: 10015726316
• [Journal Article] EEM (Elastic Emission Machining)による4H-SiC(0001)表面の平滑化 (2005)
  • Author(s): 久保田章亀
  • Journal Title: 精密工学会誌論文集 71(4) Pages: 477-480
• [Journal Article] Preparation of Ultrasmooth and defect-free 4H-SiC(0001) Surfaces by Elastic Emission Machining (2005)
  • Author(s): A.Kubota
  • Journal Title: Journal of Electronic Material 34(4) Pages: 439-443
• [Journal Article] EEM (Elastic Emission Machining)プロセスにおける加工液がSi(001)表面のラフネスに及ぼす影響 (2005)
  • Author(s): 久保田章亀
  • Journal Title: 精密工学会誌論文集 71(5) Pages: 628-632
• [Journal Article] EEM (Elastic Emission Machining)プロセスにおける微粒子表面の形態が加工表面に及ぼす影響 (2005)
  • Author(s): 久保田章亀
  • Journal Title: 精密工学会誌論文集 71(6) Pages: 762-766
• [Journal Article] Element Array by Scanning X-ray Fluorescence Microscopy after Cis-Diamminedichloro-Platinum(II) Treatment (2005)
  • Author(s): M.Shimura
  • Journal Title: Cancer Research 65(12) Pages: 4998-5002
• [Journal Article] Morphological Stability of Si (001) Surface in Mixture Fluid of Ultrapure Water and Silica Powder Particles in Elastic Emission Machining (2005)
  • Author(s): A.Kubota
  • Journal Title: Japanese Journal of Applied Physics 44(8) Pages: 5893-5897
• [Journal Article] Diffraction-limited two-dimensional hard-X-rays focusing in 100nm level using K-B mirror arrangement (2005)
  • Author(s): S.Matsuyama
  • Journal Title: Review of Scientific Instruments 76 Pages: 83114-83114
• [Journal Article] Wave-optical evaluation of interference fringes and wavefront phase in hard X-ray beam totally reflected by mirror optics (2005)
  • Author(s): K.Yamauchi
  • Journal Title: Applied Optics 44 Pages: 6927-6932
• [Journal Article] 硬X線ナノ集光用超高制度楕円ミラーの作製と1次元集光性能の評価 (2005)
  • Author(s): 湯本博勝
  • Journal Title: 精密工学会誌論文集 71(9) Pages: 1137-1140
• [Journal Article] Surface figuring and measurement methods with spatial resolution close to 0.1 mm for x-ray mirror fabrication (2005)
  • Author(s): H.Mimura
  • Journal Title: Proceeding of SPIE, Int.Soc.Opt.Eng 5921
• [Journal Article] Results of x-ray mirror round-robin metrology measurements at the APS, ESRF, and SPring-8 optical metrology laboratories (2005)
  • Author(s): L.Assoufid
  • Journal Title: Proceeding of SPIE, Int.Soc.Opt.Eng. 44
• [Journal Article] Hard x-ray nano-focusing at 40nm level using K-B mirror optics for nanoscopy/spectroscopy (2005)
  • Author(s): S.Matsuyama
  • Journal Title: Proceeding of SPIE, Int.Soc.Opt.Eng. 5918 Pages: 591804-591804
• [Journal Article] Relative angle determinable stitching interferometry for hard X-ray reflective optics (2005)
  • Author(s): H.Mimura
  • Journal Title: Review of Scientific Instruments 発表予定
• [Journal Article] Preparation of Ultrasmooth and defect-free 4H-SiC(0001) Surfaces by Elastic Emission Machining (2005)
  • Author(s): A.Kubota
  • Journal Title: Journal of Electronic Materials 発表予定
• [Journal Article] EEM(Elastic Emission Machining)による4H-SiC(0001)表面の平滑化 (2005)
  • Author(s): 久保田章亀
  • Journal Title: 精密工学会誌 発表予定
• [Journal Article] EEM(Elastic Emission Machining)プロセスにおける加工液がSi(001)表面のラフネスに及ぼす影響 (2005)
  • Author(s): 久保田章亀
  • Journal Title: 精密工学会誌 発表予定
• [Journal Article] EEM(Elastic Emission Machining)プロセスにおける微粒子表面の形態が加工表面に及ぼす影響 (2005)
  • Author(s): 久保田章亀
  • Journal Title: 精密工学会誌 発表予定
• [Journal Article] Fabrication of elliptically figured mirror for focusing hard X-rays to size less than 50 nm (2005)
  • Author(s): H.Yumoto
  • Journal Title: Review of Scientific Instruments 発表予定
• [Journal Article] Image quality improvement in hard X-ray projection microscope using total reflection mirror optics (2004)
  • Author(s): H.Mimura
  • Journal Title: Journal of Synchrotron Radiation 11 Pages: 343-346
• [Journal Article] Fabrication technology of ultraprecise mirror optics to realize hard x-ray nanobeam (2004)
  • Author(s): K.Yamauchi
  • Journal Title: Proceedings of SPIE 5533 Pages: 116-123
• [Journal Article] Microstitching interferometry for nanofocusing mirror optics (2004)
  • Author(s): H.Mimrua
  • Journal Title: Proceedings of SPIE 5533 Pages: 171-180
• [Journal Article] Wave-optical and ray-tracing analysis to establish a compact two-dimensional focusing unit using K-B mirror arrangement (2004)
  • Author(s): S.Matsuyama
  • Journal Title: Proceedings of SPIE 5533 Pages: 181-191
• [Patent(Industrial Property Rights)] 超精密形状測定方法 (2006)
  • Inventor(s): 山内 和人, 三村 秀和
  • Industrial Property Rights Holder: (株)ジェイック, 山内 和人
  • Industrial Property Number: 2006-042547
  • Filing Date: 2006-02-20
• [Publications] Y.Mori: "Fabrication technology of hard X -ray aspherical mirror optics and application to nanospectroscopy"Proceedings of SPIE. 5193. 11-17 (2003)
• [Publications] Y.Mori: "Development of figure correction method having spatial resolution close to 0.1mm"Proceedings of SPIE. 5193. 105-111 (2003)
• [Publications] K.Yamamura: "Fabrication of elliptical mirror at nanometer -level accuracy for hard x-ray focusing by numerically controlled plasma chemical-vaporization machining"Review of Scientific Instruments. 74・10. 4549-4553 (2003)
• [Publications] K.Yamauchi: "Two-dimensional Submicron Focusing of Hard X -rays by Two Elliptical Mirrors Fabricated by Plasma Chemical Vaporization Machining and Elastic Emission Machining"Japanese Journal of Applied Physics. 42・11. 7129-7134 (2003)