| 研究課題/領域番号 |
26420292
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| 研究機関 | 公益財団法人高輝度光科学研究センター |
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研究代表者 |
今井 康彦 公益財団法人高輝度光科学研究センター, 利用研究促進部門, 副主幹研究員 (30416375)
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| 研究期間 (年度) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| キーワード | マイクロ回折 / マイクロＸ線回折 / ナノビーム回折 / ナノビームＸ線回折 / 逆格子マップ / Ｘ線 / 放射光 |
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| 研究実績の概要 |
Ｘ線回折の空間分解能100 nmオーダーでの実空間マッピングを試料表面の形状に依らず実現することを目的として、平坦ではない表面をもつ試料をゴニオメーターの回転中心に自動で合わせるシステムの開発を行った。具体的には、小スポットの高精度レーザー変位計によって試料表面の形状を予めオフラインで測定し、そのデータを用いてオンラインのゴニオメーターにおいて試料の任意の位置を自動で回転中心に合わせるというものである。試料位置の補正は、超音波モーター駆動の小型ステージ（分解能100 nm）を用いて行った。
ビームサイズ100 nmと同程度の空間分解能でＸ線回折を測定するためには、試料を回転させてもＸ線の照射位置がずれない必要がある。そのためには、試料表面を3 μmより良い精度でゴニオメーターの回転中心に合わせなければならない。測定位置が回転中心からずれた状態では、試料の回転によってＸ線の照射位置がずれていき、必要な空間分解能でＸ線回折を測定することができない。したがって、試料の測定位置をゴニオメーターの回転中心に合わせる作業はとても重要となる。一般に、表面が平らな試料の場合は、試料によるＸ線の半割によってこれを実現するが、基板上の厚膜試料の断面など、測定面が平らでない場合には半割の手法は使えない。そこで本研究では、レーザー変位計を用いて試料表面の形状を測定しておくことで、任意の形状の試料表面をゴニオメーターの回転中心に合わせることが出来るようにした。
平成27年度には試料位置補正のための超音波モーター駆動小型ステージを導入し、前年度に開発した高精度レーザー変位計を用いた試料形状測定システムに組み込むことで、試料表面を自動でゴニオメーターの回転中心に合わせるシステムを完成させた。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
研究の目的を達成するため、平成27年度の研究実施計画のとおりに研究は進んでいる。平成26年度に得られた結果をもとに、試料の任意の位置を自動でゴニオメーターの回転中心に合わせるシステムを完成させた。超音波モーター駆動の小型ステージを導入し、オフラインにおいてレーザー変位計で測定した変位と基準位置との差を補正するように、試料の位置を自動で制御するフィードバックシステムである。変位の補正は、次の2段階で行っている。
１）試料をゴニオメーターにマウントした後、試料上のある1点に対して、基準位置とのx方向の差を補正する。この操作によって、その1点が、ゴニオメーターの回転中心に合う。
２）試料をy,z方向に並進移動させると、試料表面の凹凸に応じてx方向に変位が生じる。そこで、この変位を打ち消すように小型ステージでx方向の位置を、予めオフラインで測っておいた値を使って自動補正する。
基準位置の値は、平らな表面をもつSi標準試料を用いて求める。Si標準試料は、ビームの半割によって表面をゴニオメーターの回転中心に合わせた後、レーザー変位計によって距離を測定し、その値を基準とする。導入した超音波モーター駆動小型ステージは、エンコーダーを内蔵し、100 nmの分解能があるため、性能としては十分である。オンラインとオフラインのステージ位置は1 um程度の精度で同期をとる必要がある。そのために、Si基板に200 nm幅の金の細線（厚さ 50 nm）を付けた試料を作成した。この細線はレーザー変位計とＸ線の両方で見ることが出来る。これによって、十分な精度で同期をとることが出来る。
平成28年度には実際にＸ線を使ってシステムの評価を行い、実試料への適用を進めていく予定である。
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| 今後の研究の推進方策 |
実際にＸ線を使ってシステムの評価を行う。評価には200 nm幅の金の細線を付けたSi基板を使う予定である。わざと傾けて用いることで、擬似的に平坦ではない試料と見なすことが出来る。100 nmオーダーに集光したＸ線を200 nm幅の細線にあて、ここからの蛍光Ｘ線をモニターしながら、ゴニオメーターで試料を回転させる。金の細線がゴニオメーターの回転中心に合っていれば、ゴニオメーターを回転させても蛍光X線が出続けるはずである。
ゴニオメーター自体の回転精度（偏芯）に問題がある可能性も考えられる。ゴニオメーター単体では全周で0.3 μm程度の偏芯精度との評価結果があるが、実際の使用時にはゴニオメーターの上にxyzステージが乗っており、更にモータードライバーケーブルも繋がっている。したがって、始めに半割による回転中心合わせを使い、ゴニオメーター自体の評価も行う予定である。
システムの評価結果によっては改良を行い、必要な精度を実現し、実試料への適用を進めていく。また、学会での成果発表、論文発表も併せて行っていく。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
システムを評価するための標準試料の作成を、所属機関内での競争的研究助成金によって行ったため次年度使用額が生じた。標準試料の作成が、当初予定していた予算では難しいことが判明したための措置である。
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| 次年度使用額の使用計画 |
国際会議XTOP2016で研究成果を発表するための旅費、レーザー変位計の焦点をゴニオメーターの回転中心に合わせる作業を容易にするためのマイクロスコープの導入、SPring-8消耗品実費負担に使うことを計画している。
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