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大道 博行*; 山田 知典; 古河 裕之*; 伊藤 主税; 宮部 昌文; 柴田 卓弥; 長谷川 秀一*
Journal of Laser Applications, 33(1), p.012001_1 - 012001_16, 2021/02
被引用回数：2 パーセンタイル：24.82(Materials Science, Multidisciplinary)In order to preserve a safe working environment, in particular for nuclear decommissioning like the Fukushima Daiichi Nuclear Power Station, special care should be taken to confine and retrieve such particles during laser processing. In the experiments, particle production from the vapor, as well as the molten phase layer in the targeted material were observed with a high speed camera with fine particles collected and analyzed using an electron microscope. The observed results were qualitatively interpreted with the help of a simplified one-dimensional hydrodynamic code coupled with a stress computation code. Characterization and classification of the results are expected to provide a useful database which will contribute to the decommissioning of nuclear facilities as well as other industrial applications.
佐々木 明; 西原 功修*; 砂原 淳*; 古河 裕之*; 西川 亘*; 小池 文博*
Plasma and Fusion Research (Internet), 6(Sp.1), p.2401145_1 - 2401145_4, 2011/12
多電子,多価電離イオンの原子過程,輻射輸送過程は、核融合装置においてはプラズマ壁相互作用や不純物輸送の観点で興味を持たれているが、波長13.5nmのEUV領域での発光は、次世代半導体リソグラフィ技術でも注目されている。Snイオンの4p-4d+4d-4f遷移で強い発光が得られ、その特性の理論的,実験的な最適化が行われているほか、GdやTbイオンを用い、波長6.5nmでも効率的な光源の実現可能性が理論的に示されている。プラズマからの放射強度、スペクトルの正確な評価のために必要な、原子物理コード、衝突輻射モデルの今後の研究課題についても述べる。
佐々木 明; 西原 功修*; 砂原 淳*; 古河 裕之*; 西川 亘*; 小池 文博*
Applied Physics Letters, 97(23), p.231501_1 - 231501_3, 2010/12
被引用回数：15 パーセンタイル：52.65(Physics, Applied)レーザー生成Tbプラズマの発光スペクトルやEUV変換効率を数値計算による原子データをもとに解析した。計算は波長6.5nmの4
-4
遷移の発光ピークの構造を再現した。等温膨張プラズマを仮定した簡単なモデルで解析を行い、照射レーザー光強度を高めることによりSnプラズマの同程度のEUV変換効率が得られる可能性があることを示した。
佐々木 明; 砂原 淳*; 古河 裕之*; 西原 功修*; 藤岡 慎介*; 西川 亘*; 小池 文博*; 大橋 隼人*; 田沼 肇*
Journal of Applied Physics, 107(11), p.113303_1 - 113303_11, 2010/06
被引用回数：45 パーセンタイル：82.26(Physics, Applied)半導体露光技術用のEUV光源のためのSnプラズマの原子過程の研究を行った。Snの原子モデルをHULLACコードによって計算した原子データをもとに構築した。EUV発光に寄与するSnイオンの共鳴線,サテライト線を同定した。5価から13価までのイオンの4-4, 4
-4遷移の波長を、電荷交換分光法との比較,EUV光源の発光スペクトルや、オパシティ計測の結果との比較により検証した。開発したモデルは、典型的なEUV光源の発光スペクトルをよく再現することを確認した。発光に寄与するイオン種とその励起状態をすべて取り入れた衝突輻射モデルを構築し、輻射流体シミュレーションで用いる、プラズマの輻射放出・吸収係数の計算を行った。
佐々木 明; 砂原 淳*; 古河 裕之*; 西原 功修*; 西川 亘*; 小池 文博*; 田沼 肇*
High Energy Density Physics, 5(3), p.147 - 151, 2009/09
被引用回数：11 パーセンタイル：39.85(Physics, Fluids & Plasmas)EUV光源を次世代半導体リソグラフィ技術に応用することを目的とし、その高出力,高効率化を実現するために、媒質プラズマの輻射特性の研究を行っている。Hullacコードによって理論的に求められた原子データをもとに原子モデルの構築を行った。そして、モデルを実験的な発光,吸収スペクトルと比較して検証した。発光線波長を正確に求めることと、サテライト線の寄与の考慮を通じ、モデルの改良を行った。輻射流体シミュレーションを行った結果、発光線波長の原子番号依存性より、Snが以前考えられていたXeよりも優れた媒質であることを明らかにした。またCO
レーザーを励起源として用いると、プラズマが低密度化し、発光線の線幅が狭まる結果、高効率が得られることを示した。
佐々木 明; 西原 功修*; 砂原 淳*; 古河 裕之*; 西川 亘*; 小池 文博*
Alternative Lithographic Technologies (Proceedings of SPIE Vol.7271), p.727130_1 - 727130_8, 2009/03
EUV光源の原子輻射過程の解析について報告する。われわれはスズプラズマの衝突輻射モデルを開発し、レーザー生成プラズマ光源を想定した定常状態及び、放電励光源を想定した時間依存の、プラズマのイオンアバンダンス,レベルポピュレーション,輻射放出・吸収係数の計算を行った。モデルに用いる原子データについて、Hullacコードの計算の結果を、実験結果や理論解析によって検証し、改良した。光源プラズマに想定される広い温度密度範囲における輻射放出・吸収係数を求め、それをもとに光源の高効率化のための条件を検討した。
田中 桃子; 古河 裕之*; 村上 英利*; 斎藤 繁喜*; 猿倉 信彦*; 錦野 将元; 山谷 寛; 永島 圭介; 鏡谷 勇二*; Ehrentraut, D.*; et al.
Journal of Physics; Conference Series, 112(4), p.042058_1 - 042058_4, 2008/00
被引用回数：1 パーセンタイル：55.21(Physics, Fluids & Plasmas)EUV領域の光学技術はこの波長領域の光が次世代リソグラフィーの光源として有望であることから盛んに研究されている。効率的で高速のシンチレーターはキーデバイスの一つである。ここでは、13.9nmのEUVレーザーを用い、酸化亜鉛,窒化ガリウムのシンチレーション特性について計測した結果を報告する。計測は、試料にEUVレーザーパルスを照射し、分光ストリークカメラを用いて発光の時間分解分光観測を行った。その結果、酸化亜鉛で発光寿命3ns,中心波長380nm、窒化ガリウムでは発光寿命5ns,中心波長370nmの発光が確認された。このことから、シンチレーション物質としては酸化亜鉛の方がより好適であることが見いだされた。
西原 功修*; 砂原 淳*; 佐々木 明; 沼波 政倫*; 田沼 肇*; 藤岡 慎介*; 島田 義則*; 藤間 一美*; 古河 裕之*; 加藤 隆子*; et al.
Physics of Plasmas, 15(5), p.056708_1 - 056708_11, 2008/00
被引用回数：122 パーセンタイル：97.46(Physics, Fluids & Plasmas)Extreme ultraviolet (EUV) radiation from laser-produced plasma (LPP) has been thoroughly studied for application in mass-production of the next generation semiconductor devices. One critical issue for realization of a LPP-EUV light source for lithography is the conversion efficiency (CE) from incident laser power to EUV radiation of 13.5 nm wavelength (within 2% bandwidth). Another is solving a problem of damage caused by debris reaching a EUV collecting mirror. We here present an improved power balance model, which can be used for the optimization of laser and target conditions to obtain high CE. An integrated numerical simulation code has been developed for target design. The code is shown to agree well with experimental results not only for the CE but also for detailed EUV spectral structure. We propose a two pulse irradiation scheme for high CE and reduced ion debris using a carbon dioxides laser and a droplet or punch-out target.
奥野 智晴*; 藤岡 慎介*; 西村 博明*; Tao, Y.*; 長井 圭治*; Gu, Q.*; 上田 修義*; 安藤 強史*; 西原 功修*; 乗松 孝好*; et al.
Applied Physics Letters, 88(16), p.161501_1 - 161501_3, 2006/04
被引用回数：64 パーセンタイル：87.58(Physics, Applied)レーザー生成プラズマからのEUV光の発生効率に対する初期密度の影響について実験的及び理論的に解析した。Sn密度が固体の7%の低密度フォームターゲットを波長1
mのYAGレーザーで照射する条件で、波長13.5nm, 2%帯域への変換効率が、固体ターゲットの場合の1.7倍(2.2%)まで向上することがわかった。効率の改善の理由は、ターゲットのマイクロストラクチャの効果及び、低密度化による膨張ダイナミックスの変化やオパシティの減少の効果,それによる発光スペクトルの狭窄化によると考えられる。
佐々木 明; 西原 功修*; 村上 匡且*; 小池 文博*; 香川 貴司*; 西川 亘*; 藤間 一美*; 河村 徹*; 古河 裕之*
Applied Physics Letters, 85(24), p.5857 - 5859, 2004/12
被引用回数：43 パーセンタイル：80.02(Physics, Applied)EUV光源として考えられているXeプラズマからの発光スペクトルにおいて4-4共鳴線の長波長側に幅の広いテール構造(red wing構造)が生成する機構を理論的に解析し、8価
12価程度のXeのイオンの4-4, 4-4, 4-5サテライト線の寄与を明らかにした。高密度プラズマからの発光では、共鳴線の光学的厚さが増すにつれてサテライト線の強度が相対的に増加し、13.5nm帯の発光が増加することがわかった。プラズマXeイオンの原子モデルが明らかになり、それをもとに輻射輸送係数を計算し、プラズマの輻射流体力学的特性のシミュレーションによる解析が行えるようになった。
藤間 一美*; 西原 功修*; 河村 徹*; 古河 裕之*; 香川 貴司*; 小池 文博*; More, R.*; 村上 匡且*; 西川 亘*; 佐々木 明; et al.
Emerging Lithographic Technologies VIII, Proceedings of SPIE Vol.5374, p.405 - 412, 2004/00
次世代リソグラフィ用EUV光源の設計指針を与えるために行っている、理論,シミュレーション研究について報告する。原子過程シミュレーションと輻射流体シミュレーションを開発し、プラズマの温度,密度分布,放射X線スペクトル,13.5nm帯の放射への変換効率を評価する。ターゲットとして用いるXeやSnプラズマの複雑な原子過程の解析をより正確に行うため、複数の原子データコード(Hullac, Grasp等)とモデル計算(平均原子モデル),基礎的な分光実験を行い結果を相互に比較する。阪大レーザー研の激光XII号レーザーを用いて測定されたSnプラズマのEUV変換効率の解析を行う。
佐々木 明; 西原 功修*; 砂原 淳*; 古河 裕之*; 西川 亘*; 小池 文博*
no journal, ,
レーザーと放電励起を組合せた、ハイブリッド方式によるプラズマ光源は、次世代半導体リソグラフィ用EUV光源をはじめとする、UVからX線の波長領域の光源として注目されている。レーザー励起光源の特性は、これまでに詳細に理論,実験的に研究されているのに対して、放電光源の物理は複雑で、まだ十分に解明されていない。最近、レーザーと放電励起を組合せ、レーザーでターゲットをアブレーションして生成した、均一なプラズマ中で放電を起こす方式は、高出力,高効率動作のために有利と考えられるようになった。本研究は、その発光機構を明らかにすることを目的とし、はじめに、発光媒質として考えられるSn, Xeを対象として、Hullacコードで計算した原子素過程データをもとに、プラズマの温度,密度に対するプラズマ価数や、輻射輸送係数を求める。次に、想定される典型的な放電条件における、ジュール加熱,衝撃波加熱及び輻射損失から決まる、エネルギーバランスに関する理論モデルを構築し、出力パルスエネルギーや、発光効率について議論する。
佐々木 明; 西原 功修*; 砂原 淳*; 西川 亘*; 小池 文博*; 古河 裕之*
no journal, ,
SnやXeを媒質とするEUV-軟X線領域のプラズマ光源は、次世代半導体リソグラフィ技術への応用のために研究開発が進められ、将来の物性研究のための光源としても注目されている。われわれは、原子物理コード(Hullac)によってプラズマ中に存在するイオンのエネルギー準位と、電子衝突や輻射による電離,励起のレート係数を計算し、次に衝突輻射モデルによってイオンのポピュレーションを求めるが、モデルに取り込む原子状態や発光線を系統的に変化させた収束計算を行って、プラズマの放射スペクトルに寄与の大きい過程を漏れなく取り込むようにする。このようにして求めたプラズマの輻射放出・吸収係数を用い、解析的なモデルを用いた効率の評価や、輻射流体シミュレーションによる動作条件の最適化を行う。本報告では、これまでのEUV光源研究において解析を行ってきたレーザー励起プラズマ光源(LPP)に加えて、レーザーアシスト放電励起光源(LA-DPP)のモデリングについても議論する。放電電流,プラズマの形状などに対して、プラズマの温度,密度の時間変化、及びEUV放射強度の振る舞いを、理論モデル及び1次元シミュレーションにより解析する。
佐々木 明; 西原 功修*; 砂原 淳*; 古河 裕之*; 西川 亘*; 小池 文博*; 村田 真樹*
no journal, ,
次世代半導体リソグラフィ用EUV光源の開発において重要な、シミュレーションによる最適化を目的とする、Sn, Xeの原子データの計算や、原子過程モデルの構築の方法について述べる。EUV光源の発光特性を明らかにするためには、Sn, Xeイオンの主要な共鳴線の正確な波長を理論,実験的に求めることと、及びこれらのイオンが持つ非常に多くの多電子,多重励起状態のうちのどのような状態が発光に寄与するかを知ることが必要である。本報告では、データベース技術を、Sn, Xeイオンの原子状態の電子配置の情報をもとに発光特性の評価に重要な状態の組を求めるために利用し、原子モデルを系統的に変化させた収束計算を行って、プラズマの温度,密度に対する、価数,輻射輸送係数の値を決定した結果を示す。
佐々木 明; 西原 功修*; 砂原 淳*; 古河 裕之*; 西川 亘*; 小池 文博*; 田沼 肇*
no journal, ,
EUV光源用Snプラズマの原子輻射過程の解析を行った。流体シミュレーションによる、レーザー励起プラズマ(LPP)EUV光源のターゲットやレーザー照射条件の最適化を目的とし、Hullacコードで計算した原子データを元に、衝突輻射モデルを構築し、Snプラズマの輻射輸送係数の計算を行った。実験と計算の比較を通じた、輻射輸送係数の精度向上の方法についても議論する。
佐々木 明; 西原 功修*; 砂原 淳*; 西川 亘*; 小池 文博*; 古河 裕之*
no journal, ,
EUVリソグラフィ用光源及びUVからX線領域の光源として応用される、放電プラズマの輻射特性の正確な評価を目的とした、原子過程モデルの研究の状況,波長13.5nm域の輻射放出・吸収係数のスペクトルプロファイルの改良について述べる。発光に寄与の多い、Snの10価前後のイオンの共鳴線と内殻サテライト線の波長を、実験結果と比較し補正を行うことで、発光スペクトルがよく再現されるようになることを示す。また、最近の粒子シミュレーションによる知見をもとに、放電の複雑な時間変化や構造形成の解析及びその適切なモデル化方法について議論する。放電現象を、媒質の電離に伴う相転移現象と考え、パーコレーションモデルを用いて、放電閾値や放電開始の確率などを計算した結果を報告する。
佐々木 明; 西原 功修*; 砂原 淳*; 古河 裕之*; 西川 亘*; 小池 文博*
no journal, ,
原子番号が50-70の原子をターゲットするレーザー生成プラズマの原子過程と、短波長EUV光源への応用について議論する。4d-4f遷移の波長スケーリングについて述べ、Gd, Tbをターゲットとして用いることにより波長6.5nmの光源が実現可能であることを示す。衝突輻射モデルによりプラズマの輻射放出,吸収係数を求め、等温膨張の相似解による簡単なプラズマモデルで変換効率を解析し、Gdを用いたとした光源で、Snを用いた光源と同程度の効率が得られる可能性があることを示す。
佐々木 明; 西原 功修*; 砂原 淳*; 古河 裕之*; 西川 亘*; 小池 文博*
no journal, ,
半導体リソグラフィの将来のさらなる微細化に用いられる、波長6nm帯の光源の特性について、原子過程モデルをもとに議論する。SnやXeにおいて13.5nm領域で発光した4d-4f遷移の波長は、原子番号を増すに従って短波長化し、Gd, Tb等を用いて、波長6nm帯での発光が得られることを示す。等温膨張プラズマの相似解に基づいて、発光効率や励起に必要なレーザー強度を評価したところ、GdやTbにおいても、SnやXeと同程度の効率が得られる可能性があるが、励起により高い温度(
100eV),高いレーザー照射強度(10
W/cm
)が必要なことがわかった。
佐々木 明; 西原 功修*; 砂原 淳*; 古河 裕之*; 西川 亘*; 小池 文博*
no journal, ,
半導体リソグラフィ用の波長13.5nmのEUV光源の研究開発は実用化段階に進んでいるが、将来のさらなる微細化のため、波長6nm領域でのEUV光源の研究が始められている。Snにおいて波長13.5nmで発光する4d-4f遷移は、GdやTbを用いると波長6nm領域で発光が得られることに注目し、HULLACコードで計算した原子素過程データに基づく特性の評価を行って、GdやTbを用いてSnと同程度の変換効率が得られるという結果を得た。また、従来有効なモデルがなかった、レーザー照射初期のアブレーション構造やデブリの生成過程を評価するために、粒子法による流体シミュレーションが役立つ可能性を示す。
佐々木 明; 砂原 淳*; 古河 裕之*; 西原 功修*; 西川 亘*; 小池 文博*
no journal, ,
EUV光源用Snプラズマの輻射流体シミュレーションによる効率の評価に用いる輻射輸送係数等を求めるため、Snプラズマの衝突輻射モデルの構築を行った。そして、モデル構築にアルゴリズムを使うことや、コード比較ワークショップへの参加を経て、計算結果の精度の向上を図った。最近の実験結果は、プラズマの特性のより良い理解を求めている。特に、ドロップレットターゲットをプリパルスレーザーで分散させることによるミストターゲット生成や、それとのメインパルスレーザーの相互作用を解析するため、固体-気体の相転移を考慮した輻射流体シミュレーションの手法の検討を行い報告する。
