【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.05.19】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
24HK0038
利用課題名 / Title
フォトリソグラフィ技術によるX線レーザーイメージング用試料ホルダの作製
利用した実施機関 / Support Institute
北海道大学 / Hokkaido Univ.
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
外部利用/External Use
技術領域 / Technology Area
【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）計測・分析/Advanced Characterization（副 / Sub）加工・デバイスプロセス/Nanofabrication
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）量子・電子制御により革新的な機能を発現するマテリアル/Materials using quantum and electronic control to perform innovative functions（副 / Sub）高度なデバイス機能の発現を可能とするマテリアル/Materials allowing high-level device functions to be performed
キーワード / Keywords
X線自由電子レーザー/X-ray free-electron laser,原子薄膜/ Atomic thin film,放射光/ Synchrotron radiation,電子顕微鏡/ Electronic microscope,リソグラフィ/ Lithography,フォトニクス/ Photonics,走査プローブ顕微鏡/ Scanning probe microscope,膜加工・エッチング/ Film processing/etching
利用者と利用形態 / User and Support Type
利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)
城地 保昌
所属名 / Affiliation
高輝度光科学研究センター
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
鈴木明大,新井田雅学,幸谷かおり,野﨑峻平,渡邊立希,西野吉則
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
遠堂敬史,松尾保孝
利用形態 / Support Type
（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）-
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
HK-606：マスクアライナ
HK-621：反応性イオンエッチング装置
HK-624：シリコン深掘りエッチング装置
HK-402：走査型透過電子顕微鏡
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
課題申請者らの研究グループは、X線自由電子レーザー施設SACLA（さくら）において、乾燥試料はもちろん、溶液試料のナノイメージングが可能な新規イメージングシステムを開発している。本課題の目的は、窒化ケイ素（SiN）薄膜を蒸着したシリコン基板にフォトリソグラフィ技術を適用し、本イメージングシステムに不可欠な試料ホルダを作製することである。すでに製造プロセスが確立された標準タイプの量産だけでなく、試料ホルダの先端化・高機能化を目指した研究も実施している。
実験 / Experimental
2024年度は、これまでと同様に、マスクアライナー（HK-606）や反応性イオンエッチング装置(HK-621)を利用して、300枚以上の乾燥用試料ホルダを作製した。さらに、2枚の試料ホルダをサンドイッチ構造にして溶液試料を封じ込める溶液試料用ホルダも100組以上作製した。それらに加えて、乾燥試料を効率良く測定するための高スループット試料ホルダも設計・試作した。高スループット試料ホルダでは、SiN膜の大きさが、従来の80 µm×80 µmから200 µm×200 µmに拡大しており、1つのSiN窓に複数のX線レーザーパルスを照射するデザインとなっている。この新しい試料ホルダが実際にX線レーザーイメージングにおいて機能するかを確かめるため、SACLAにおいてX線レーザー測定を行った。
結果と考察 / Results and Discussion
本課題で作製した標準タイプの試料ホルダは、乾燥試料用・溶液試料用ともに、これまでと同等の品質で作製できており、問題なくX線レーザー測定を実施できた。また、高スループット試料ホルダでは、設計通り、1つのSiN窓に対して49ショットのX線レーザーパルスを照射できることが確かめられた（図1）。これにより、1つの試料ホルダで取得できる回折パターンデータが、これまでの576から15,876に飛躍的に増大した。本結果は、膨大なデータにもとづく統計解析や、試料量が限られる稀少試料のX線レーザー測定に繋がると期待される。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
高スループット試料ホルダのSiN窓（20 nm厚、200 µm×200 µm）に、20 µm間隔で49ショットのX線レーザーパルスを照射した際の照射痕
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
科研費（22K1869802, 23K2834403）NEDO（燃料電池等利用の飛躍的拡大に向けた共通課題解決型産学官連携研究開発事業）
成果発表・成果利用 / Publication and Patents
論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
- Akihiro Suzuki, “Micro-liquid enclosure array for XFEL-based coherent diffractive imaging”, SACLA Users’ Meeting 2025,Hyogo (Japan), March 4, 2025
- Akihiro Suzuki, “Single-particle Imaging with Nanofocused X-ray Free-rlectron Lasers”, 2024 RIES-CEFMS Symposium, Hsinchu (Taiwan), November 28, 2025
- 鈴木明大、“集光X線レーザーによる生体分子イメージングへの挑戦”、第16回 日本放射光学会 若手研究会、神奈川、2024年9月3日
特許 / Patents
特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件