利用報告書 / User's Report

【公開日：2023.07.28】【最終更新日：2024.07.08】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

22TU0088

利用課題名 / Title

超長時間アニールを用いた宇宙用X線全反射鏡の平滑化の研究 / Ultra long-term annealing for smoothing total X-ray reflection mirrors

利用した実施機関 / Support Institute

東北大学

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）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）-

キーワード / Keywords

水素アニール，シリコン，表面処理，X線反射鏡，宇宙観測


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)

江副 祐一郎

所属名 / Affiliation

東京都立大学大学院理学研究科物理学専攻

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

沼澤正樹，稲垣綾太，上田陽功，辻雪音，村川貴俊，関口るな　ほか

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

戸津健太郎，森山雅昭

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-108：水素アニール装置


報告書データ / Report

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

地球磁気圏X線撮像を行う超小型衛星GEO-Xに搭載する望遠鏡用基板の平滑化を行うため，東北大学の設備を利用して水素アニールを行い，良好な側壁を持つ望遠鏡基板を得ることができた。

実験 / Experimental

ドライエッチングで貫通穴を空けた４インチシリコン基板を水素アニール炉で長時間に渡って加工し，加工前後での微細穴の側壁の形状を触診計および原子間力顕微鏡で評価した。そしてアニール処理による200-300μmスケールでのうねり形状の改善と、10μmスケールでの表面粗さの改善を確認した。

結果と考察 / Results and Discussion

シリコン基板にドライエッチング空けた微細穴の側壁を全反射鏡として用いるには，良好な結像性能の実現のためのうねり形状の抑制と，良好な反射率実現のための表面粗さの改善が不可欠である。アニールによる平面の平滑化スケールは時間のルートで拡大することが理論的にも実験的にも確かめられており，我々は10時間以上の超長時間アニールを実施することで，将来衛星の要求である5分角以下の鏡面形状と1 nm rms 以下の表面粗さを達成した。Fig. 1 にアニール前後での微細穴側壁の光学顕微鏡写真を示す。アニール前に存在したドライエッチングに起因するでこぼこがアニールによって平滑化できていることが目視でも確認できる。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations


Fig.1 Photos of a sidewall before and after annealing of our optic sample DMD891. The horizontal length of the sidewall is 400 µm.


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

なし


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. Aoto Fukushima, Improvement of imaging performance of silicon micropore X-ray optics by ultra long-term annealing, Optics Express, 30, 25195(2022).
    DOI: 10.1364/OE.459774
  2. Masaki Numazawa, Ultra-lightweight x-ray telescope fabricated with multiple MEMS technologies for GEO-X mission, Space Telescopes and Instrumentation 2022: Ultraviolet to Gamma Ray, , (2022).
    DOI: 10.1117/12.2630501
  3. Yuichiro Ezoe, GEO-X (GEOspace x-ray imager), Space Telescopes and Instrumentation 2022: Ultraviolet to Gamma Ray, , (2022).
    DOI: 10.1117/12.2629107
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
  1. 英文プレスリリース: EurekAlert，https://www.eurekalert.org/news-releases/958643
  2. M. Numzawa et al., “Ultra-lightweight X-ray telescope fabricated with multiple MEMS technologies for GEO-X mission”, SPIE, Montreal, Canada, July 17-22, 2022
  3. H. Morishita, et al., “Development of MEMS X-ray telescopes for GEO-X mission”, Japan Geophysical Union, P-CG18, Chiba, Japan, May 22-27, 2022
  4. Y. Ezoe, et al., “GEO-X (GEOspace X-ray imager) mission”, COSPAR, D3.2-0000-22, Athens, Virtual, July 16-24, 2022
  5. Y. Ezoe, R. Funase, H. Nagata, et al., “GEO-X (GEOspace X-ray imager),” SPIE, 12181-24, Montre ́al, Que ́bec, Canada, July 17-22, 2022
  6. 石川久美ほか, “微細加工技術を用いた軽量ロブスターアイ光学系の開発”, 日本天文学会, 秋季年会, 新潟大学, ハイブリッド, 2022年9月
  7. 中嶋大ほか, “地球磁気圏X線撮像計画GEO-Xの現状”, 日本天文学会, 秋季年会, 新潟大学, ハイブリッド, 2022年9月
  8. 江副祐一郎ほか, “GEO-X計画の現状と将来展望”, 宇宙科学技術連合大会, 熊本, 2022年11月
  9. 江副祐一郎, “機動的な衛星群による太陽系X線天文学”, 2040年代スペース天文学研究会, オンライン, 2022年11月
  10. 江副祐一郎, “電荷交換反応を用いた地球磁気圏X線撮像計画 GEO-X と将来展望”, 原子分子過程研究の最先端と先進的プラズマ分光計測 研究会, オンライン, 2022年12月
  11. 江副祐一郎, “地球磁気圏X線撮像計画GEO-Xの現状”, 宇宙科学シンポジウム, ハイブリッド, 2023年1月
  12. 村川貴俊ほか, “MEMS 技術を用いた超軽量X線望遠鏡の開発”, 宇宙科学シンポジウム, ハイブリッド, 2023年1月
  13. 江副祐一郎, “地球磁気圏X線撮像計画GEO-Xの現状”, 超小型衛星シンポジウム, 2023年2月21日
特許 / Patents

特許出願件数 / Number of Patent Applications：7件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：7件

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