研究課題名：レーザープラズマ軟X線光源を用いた超高分解能多元物質顕微鏡の開発

1．研究課題名：

レーザープラズマ軟X線光源を用いた超高分解能多元物質顕微鏡の開発

2．研究期間：

平成15年度～平成19年度

3．研究代表者：

山本　正樹（東北大学多元物質科学研究所・教授）

4．研究代表者からの報告

（1）研究課題の目的及び意義

　本研究では、有機・無機から成る多元物質や磁性材料、生体試料など全ての物質に対して、分解能50nmで元素コントラスト画像が得られる究極の光学顕微鏡システムをレーザープラズマパルス光源で実現する。使う光は、波長30nmから3nmの軟X線で、空気にも吸収される安全な光だが、全ての物質に適度に入り込む透過力を持ち、水素、酸素、炭素、窒素などの物質の構成元素をはっきり見分ける機能性を持つ。顕微鏡は反射型で、超研磨曲面基板に特殊な多層膜ミラーを形成する。但し、ミラーの曲面形状の精度は0.1nmが必要である。形状の誤差を精密計測する新技術を開発し、計測した誤差を、新発見の原理による補正技術で修正して目標精度を達成する。
　軟X線は短波長で高い光子エネルギーを持ち、内殻電子を励起できるから、50nmの空間分解能で元素コントラスト像を得ることが期待されている。また、伝導電子でスクリーニングされないので、金属、半導体、誘電体などの物質の種類を問わず計測できるし、電子と違って電場や磁場などの外乱に影響されない。したがって、軟X線利用技術はナノテクノロジーの研究動向に合致していて学界のみならず産業界にも多彩な応用が見込まれる。本研究の、個々の結像鏡の波面精度を0.1nmに補正する技術は、波長13.4nmのEUV光を利用した次世代超LSI製造用のEUVリソグラフィー（EUVL）の実用化にも大きく貢献すると期待できる。

（2）研究の進展状況及び成果の概要

　本研究では、軟X線顕微鏡の分解能達成の要である軟X線用の特殊多層膜による超精密結像ミラーを実用化するために、結像ミラー多層膜の製作・評価技術の開発、ミラーの軟X線波面誤差の精密干渉計測技術の開発、新しい原理に基づくミラー波面誤差の精密補正技術の開発とこれらを統合した軟X線多層膜光学の確立を目指す。具体的には、次の開発研究を進める。1．多層膜周期膜厚分布をpm制御し、曲面基板全面で設計波長に反射波長を精密制御する技術を確立する。2．世界に先駆けて開発中の実験室光源軟X線干渉計を構成する超精密反射鏡に1．の特殊多層膜を成膜する。3．検査鏡の波面誤差を0.1nmの精度で干渉計測する方法を開発する。4．新たに発見した波面誤差補正原理に基づく補正の予備実験装置を開発する。5．結像鏡の波面誤差を0.1nmの精度で補正するためのイオンミリング波面補正装置を開発する。6．波面計測と補正によって精密結像鏡を形成する方法を確立する。7．波面補正された結像鏡でSchwarzschild顕微鏡を構成し、空間分解能50nmを達成する。
　研究は、1．の複合技術課題を解決して周期膜厚制御精度0.4％を達成し、2．の要求精度0.5％を常時満たせるレベルに達した。高価な超研磨ミラー基板に確実に特殊多層膜を製作して3．の干渉縞の観測を目指す段階に進んでいる。また、これに並行しての4．ミリング予備実験装置用のイオン銃を開発してミリング実験を開始した。

5．審査部会における所見

A（現行のまま推進すればよい）
　分解能50nmのSchwarzschild顕微鏡の開発という目標に向けて、必要な要素技術の開発が着実に進められており、現段階で問題は見受けられない。また、イオンビームの不安定性による残留周期性乱れなどの問題にも随時対処し、研究は順調に進展しており、期待された成果を十分に上げつつある。研究組織の連携に関しても効率的に進められており、特に問題はない。開発した要素技術を統合して組み立てるのはこれからであり、解決すべき課題や困難が予想されるが、最終目標の達成は十分に見込め、今後の発展が期待できる。開発した装置を用いて今までできなかったような研究成果が得られることを期待したい。