【公開日：2023.07.28】【最終更新日：2023.04.17】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

22TU0045

利用課題名 / Title

Fabrication of X-ray optics for millisecond X-ray tomography

利用した実施機関 / Support Institute

東北大学 / Tohoku Univ.

機関外・機関内の利用 / External or Internal Use

内部利用（ARIM事業参画者以外）/Internal Use (by non ARIM members)

技術領域 / Technology Area

【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）加工・デバイスプロセス/Nanofabrication（副 / Sub）-

【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

放射光,X線,光学素子,イメージング,トモグラフィ,回折格子,蒸着・成膜/Evaporation and Deposition,スパッタリング/Sputtering,リソグラフィ/Lithography,膜加工・エッチング/Film processing and Etching,膜加工・エッチング/Film processing and Etching,スピン制御,スピントロニクス,スピントロニクスデバイス

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)

矢代 航

所属名 / Affiliation

東北大学国際放射光イノベーション・スマート研究センター

共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes

梁暁宇, 那須川蓮

ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes

邉見政浩

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

TU-001：エッチングチャンバー
TU-051：ミカサ スピンコータ
TU-054：ホットプレート
TU-055：クリーンオーブン
TU-056：両面アライナ

報告書データ / Report

概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)

JST CREST「超圧縮センシングによるミリ秒Ｘ線トモグラフィ法の開発」（研究代表者：矢代航；H29.10～R5.3）において、試料を回転せずに、空間分解能10μm、時間分解能1 msのＸ線トモグラフィを実現する方法を開発した。本課題では、上記ミリ秒Ｘ線トモグラフィの改良を目的として、必要なＸ線光学素子（Ｘ線マルチビーム光学素子、回折格子干渉計用高アスペクト比回折格子、構造化シンチレータ用高アスペクト比鋳型）を微細加工により作製した。

実験 / Experimental

高エネルギー加速器研究機構Photon Factory（PF）のBL14Cの縦型ウィグラーのためのマルチビーム光学系を構成するため、マルチビーム光学素子用の様々な結晶方位のSiブレードを切り出した。レーザ描画装置により、UVリソグラフィ用のマスクを作成し、200 μm厚のSi(100)あるいはSi(110)ウェハ表面にUVリソグラフィ（両面アライナー）によりパターニングを行った。このレジストパターンをマスクとして、Deep RIE装置により深掘りドライエッチングを行った。その後、Siブレードをくりぬいた。

結果と考察 / Results and Discussion

Fig. 1にDeep RIE装置で深掘りエッチングを行った後の写真を示す。各長方形のパターンが、それぞれ所望の結晶方位のブレードに対応している。Fig. 2に、これらのブレードによってPF BL14Cに構成したマルチビーム光学系の写真を示す。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

Fig. 1 Si blades in various crystallographic orientations

Fig. 2 Fabricated sigma-polarization-type X-ray multi-beam optics for vertical wiggler at BL14C, Photon Factory.

その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)

・参考文献　W. Yashiro, W. Voegeli, T. Wada, H.Kato, K.Kajiwara, Jpn. J. Appl. Phys. 59, (2020) 092001.
・CREST（JST）　「超圧縮センシングによるミリ秒X線トモグラフィ法の開発」
・共同研究者：東京学芸大学　Wolfgang Voegeli准教授、荒川悦雄教授、産業技術総合研究所　白澤徹郎主任研究員

利用した主な設備（欄不足分）
TU-057
TU-058
TU-060
TU-201
TU-310
TU-314
口頭発表等（欄不足分）
・矢代航, “X線で4D世界のフロンティアを拓く”, 2022年度第1回物理工学科教室談話会, 2022年6月7日（招待講演）
・Wataru Yashiro and Hitoshi Soyama, “Introduction of Partners from Tohoku University”, MHz Tomoscopy Kick-off Meeting, 2022年6月3日（招待講演）
・Voegeli Wolfgang, 高山青樹, 梁暁宇, 白澤徹郎, 荒川悦雄, 兵藤一行, 工藤博幸, 矢代航, ”σ-polarisation multi-beam optics for time-resolved X-ray CT using small energy bandwidth synchrotron radiation”, 日本物理学会2022年秋季大会, 2022年9月14日
・Wolfgang Voegeli, Xiaoyu Liang, Tetsuroh Shirasawa, Etsuo Arakawa, Kazuyuki Hyodo, Hiroyuki Kudo, and Wataru Yashiro, “Multibeam X-ray optical system for time-resolved CT using σ-polarization scattering configuration”, International Conference on X-ray Optics and Applications (XOPT2022), 2022年4月19日
・Voegeli Wolfgang, 高山 青樹, 梁 暁宇, 白澤 徹郎, 荒川 悦雄, 兵藤 一行, 工藤 博幸, 矢代 航, ”σ-Polarisation Multi-Beam CT Optics for Quasi-Monochromatic Synchrotron Radiation”, 第36回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム, 2023年1月8日
・Voegeli Wolfgang, 高山青樹, 梁暁宇, 白澤徹郎, 荒川悦雄, 兵藤一行, 工藤博幸, 矢代航, ” 準単色放射光を用いたマルチビームＸ線トモグラフィのための光学系開発”, 2022年度量子ビームサイエンスフェスタ, 2023年3月15日

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)

1. Wataru Yashiro, Millisecond-Order Temporal-Resolution Synchrotron X-ray Tomography without Sample Rotation, Journal of Physics: Conference Series, 2380, 012121(2022).
   DOI: 10.1088/1742-6596/2380/1/012121
   
2. Wolfgang Voegeli, Development of multi-beam optics for time-resolved X-ray tomography: from π-polarization to σ-polarization, Journal of Physics: Conference Series, 2380, 012063(2022).
   DOI: 10.1088/1742-6596/2380/1/012063
   
3. Wolfgang Voegeli, Sub-second multi-energy X-ray tomography using a multi-beam optical system and detector, Japanese Journal of Applied Physics, 61, 098002(2022).
   DOI: 10.35848/1347-4065/ac88aa
   

口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.

1. 矢代航, “実材料の4DＸ線CT観察”, 高分子 72, 55-57, 2023年2月
2. 矢代航, “ミリ秒時間分解能4DX線トモグラフィの開発・応用”, 検査技術 28, 44-49, 2023年2月
3. 矢代航他, “湾曲単結晶による高速X線CT”, 光学（日本光学会誌） 51, 351-356, 2022年8月
4. 工藤博幸他, “CT技術の新しい方向性:スパースビューCT,インテリアCT,マルチビームCT”, 日獨医報（日独医報） 66, 91-101, 2022年4月
5. 矢代航, “放射光による組織イメージングの最前線”, 第128回日本解剖学会総会・全国学術集会, 2023年3月19日（招待講演）
6. 矢代航, “放射光によるミリ秒4D-X線CTの最前線”, 日本機械学会東北支部 第58期総会・講演会, 2023年3月17日（特別講演）
7. 矢代航, “NanoTerasuイメージングビームライン概要”, 次世代放射光施設NanoTerasuセミナー, 2023年3月3日（招待講演）
8. 矢代航, “次世代放射光施設の計測データ解析”, UDACキックオフシンポジウム, 2022年12月26日（招待講演）
9. 矢代航, “放射光によるバイオメディカルイメージング技術の最前線”, 量子科学技術研究開発機構研究会 2022年12月20日（招待講演）
10. 矢代航, “非平衡系のための4DＸ線CTの開発”, 第3回天然ゴム研究会『天然ゴムに学ぶサーキュラー・バイオエコノミー社会におけるものづくり』 2022年12月9日（招待講演）
11. 矢代航, “ミリ秒オーダー時間分解能X線トモグラフィの開拓的研究”, Optics & Photonics Japan 2022 (OPJ2022), 2022年11月16日（招待講演）
12. Wataru Yashiro, “Recent Advances and Future Potential of Synchrotron X-ray Tomography with Millisecond-Order Temporal Resolution”, The 6th QST International Symposium, 2022年11月15日（招待講演）
13. Wataru Yashiro, “Millisecond-order 4D X-ray Tomography”, The Asia Oceania International Conference on Synchrotron Radiation Instruments 2022 (AO-SRI 2022), 2022年11月11日（招待講演）
14. 矢代航, “エックス線光学素子のニーズ ～ 新プロセス技術への期待 ～”, シリコン材料・デバイス研究会（SDM）「プロセス科学と新プロセス技術」、 2022年10月19日（招待講演）
15. 矢代航、”ミリ秒時間分解能マルチビーム4DＸ線CTの開発とその応用”, SPring-8シンポジウム2022, 2022年9月26日
16. 矢代航, “BL09W X線イメージング・トモグラフィ”, 第4回コアリションBLエンドステーション利用技術説明会, 2022年9月13日（招待講演）
17. 矢代航, “微細加工のX線・中性子イメージングへの応用”, 1st Nano-Micro Fabrication Symposium (NMFS2022), 2022年9月7日（招待講演）
18. 矢代航, “トモグラフィで時空間フロンティアを拓く”, 第14回日本放射光学会 放射光基礎講習会「放射光の基礎と活用の可能性」, 2022年9月7日（招待講演）
19. 矢代航, “高輝度放射光による4D時空間フロンティアの開拓”, 第350回記念日本材料学会疲労部門委員会研究討論会, 2022年8月8日（招待講演）
20. Wataru Yashiro, “Synchrotron X-ray Tomography with Millisecond-Order Temporal Resolution”, The 1st EIC Pathfinder-JST CREST Joint International Workshop, 2022年6月28日（招待講演）

特許 / Patents

特許出願件数 / Number of Patent Applications：3件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件