九州シンクロトロン光研究センター課 題 番 号 ： 081273N（様式第４号）

軟 X 線 顕 微 鏡 の 開 発 に 向 け た レジス ト の 評 価
Evaluation of Resists for Soft X-ray Microscopy
鷲尾方 一、五輪智子、高 橋 朋宏

Masakazu Washio, Tomoko Gowa, Tomohiro Takahashi
早稲田大学理工学研究所

RISE, Waseda University
１．概要
早 稲 田 大 学 の フ ォ ト カ ソ ー ド RF 電 子 銃 シ ス テ ム を 用 い て 生 成 さ れ る 逆 コ ン プ ト ン 散
乱 軟 X 線 の エ ネ ル ギ ー は 、生 体 観 測 に 有 効 な「 水 の 窓 」領 域 (250eV～ 500eV)を 含 み 、軟X 線 顕 微 鏡 の 開 発 が 期 待 さ れ て い る 。現 在 、フ ォ ト レ ジ ス ト を 用 い た 高 分 解 能 軟 X 線 イメージングを検討している。本実験では佐賀県立九州シンクロトロン光研究センター（ SAGA- LS）の 軟 X 線 ビ ー ム ラ イ ン BL12 に お い て 、候 補 で あ る Deep-UV 用 フ ォ ト レ ジス ト TDUR-P722 の 水 の 窓 領 域 X 線 へ の 感 度 特 性 を 評 価 し た 。
A compact soft X-ra y sour ce via inverse Comp ton scattering using a photocathode RF- gunsystem has been develop ed at Waseda University. The energies of the generated X -rays arewithin “Water Window” region (250~500 eV), which can be applied to biological observationsuch as a soft X-ray micr oscop y. We are developing high resolution soft X-ra y imaging s yste mwith phot o resists. Using the soft X-ray beam line B L12 of SAGA-LS, we have evaluated t hephoto sensitivit y of a deep-UV photo resist TDUR-P722 in the Water Window r egion.

２．背景と研究目的：
早稲田大学では、フォトカソード RF 電子銃を用いた応用実験として、逆コンプトン散乱を用いたコンパクトな軟 X 線源の開発を行っている[1, 2]。生成される軟 X 線のエネルギーは「水の窓」と呼ばれるエネルギー領域（250～500eV）を含んでおり、その領域では水の X 線吸収率が生体の構成要素である炭素や窒素などの吸収率に比べて極めて小さい（図１）。そのため、脱水の必要がなく、生体細胞の観察が可能な軟 X 線生体顕微鏡への応用が期待されている。エネル
ギー可変性、準単色性、短パルス性といった逆コンプトン散乱の特徴も、生物学的な利用には有効である。
現在、我々は、軟 X 線生体顕微鏡の開発に向けて高分解能軟 X 線イメージングの研究を行っている。測定機器の性能によらずナノオーダーの測定を可能にするため、フォトレジストを利用したイメージングを検討しており、本実験の目的は SAGA-LS の軟 X 線利用材料分析ビーム
ライン BL12 を用いて水の窓領域に対するレジスト感度を評価することである。

図１．水の窓領域軟Ｘ線
３．実験内容：試料には、候補として検討している東京応化製のDeep-UV用化学増幅型フォトレジスト、
TDUR-P722を用いた。レジストを12mm角のサイズに切り出したシリコンウエハ上にスピンコート(2000rpm, 60秒)し、140℃で90秒プレベークを行い、露光用試料とした。
BL12の試料ホルダーに、試料とNiメッシュをマウントし、水の窓領域である250eV, 400eVに分光したX線を照射した。照射フルエンスは、ビームラインでモニターしている金メッシュからの光電流量をもとに換算した。
露光後、NMD-3(東京応化)で室温にて65秒溶解現像し、超純粋でリンスした後、100℃で60秒ポストベークを行った。
早稲田大学にてAFM(SII SPM-3000)で表面観察を行った。AFMによってレジストが現像された深さを計測することで、レジストの感度を評価した。

本 実 験 結 果 を 含 む 研 究 に つ い て 、 26th
International Conference of Photopolymer Scienceand Technology(千葉大、2009/6/30~7/3)にて発表
予定。

４．結果、および、考察：

７．参考文献TDUR-P722 の 400eV における感度曲線を図２に示す。約 3.3E+11photons/mm2（2.1mJ/cm2）に感度の閾値が存在することが分かる。

た撮像システムを採用する場合、試料への放射線ダメージを抑えるために、フォトレジストには高い感度が求められる。高感度化に向けた研究にも今後取り組んでいく予定である。
６．論文発表状況・特許状況[1] “Compact soft x-ray source using
Thomson scattering”
S. Kashiwagi, R. Kuroda, T. Oshima,
F. Nagasawa, T. Kobuki, D. Ueyama,
Y.Hama, M. Washio, K.Ushida,
H. Hayano, J. Urakawa,
Journal of Applied Physics, Vol.98, No.12, 15
Dec. 2005, pp123302 1-6[2] “Recent Progress of a Soft X-ray Generation
System Based on Inverse Compton Scattering atWaseda University”
Kazuyuki Sakaue, Tomoko Gowa, Hitoshi Hayano,
Yoshio Kamiya, Shigeru Kashiwagi, Ryunosuke
Kuroda, Akihiko Masuda, Ryo Moriyama, JunjiUrakawa, Kiminori Ushida, Xijie Wang andMasakazu Washio
Radiation Physics and Chemistry, Volume 77, Issues
10-12, October-December 2008, Pages 1136-1141
８．キーワード

図２ 400eV における TDUR-P722 の感度曲線
一方、250eV に対しての感度は約 3E+12photons/mm2（12mJ/cm2）となり、400eV よりも悪いことが分かった。
400eV と 250eV における感度の違いは、レジストの X 線吸収率によるものだと考えられ、水の窓領域はレジストの主要構成元素である炭素の K 殻吸収端を含むため、特に大きな感度差が現れたものと考えられる。
５．今後の課題：
本実験で、レジスト感度が照射エネルギーによって異なることが分かった。今回取れなかった 250eV における詳細な感度評価や他のエネルギーにおける感度評価など、追試・再試を今後行う必要がある。
また、軟Ｘ線顕微鏡にフォトレジストを用い・軟 X 線生体顕微鏡「水の窓」と呼ばれるエネルギー領域（250～500eV）に含まれる軟 X 線領域では水の X 線吸収率が生体の構成要素である炭素や窒素などの吸収率に比べて極めて小さい。その軟 X 線を用いれば、脱水の必要なくリアルタイムで生きた細胞の観察が可能な顕微鏡が開発できると期待されている。
・フォトカソード RF 電子銃
レーザーをカソードに入射し、光電効果で発生した電子を、高周波（RF）電界で加速して電子ビームを得る。低エミッタンス、短バンチ、高エネルギーの高品質電子ビームを得られることが特徴である。