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論文

Modeling of initial interaction between the laser pulse and Sn droplet target and pre-plasma formation for the LPP EUV source

佐々木 明; 西原 功修*; 砂原 淳*; 西川 亘*

Proceedings of SPIE, Vol.9776, p.97762C_1 - 97762C_6, 2016/03

 被引用回数:1 パーセンタイル:57.71

レーザープラズマ(LPP)極端紫外(EUV)光源の性能向上のために、プリパルス照射による微粒子の生成とその時間発展を扱う流体シミュレーションモデルの研究を行っている。初期に液体のSnターゲットがレーザーで加熱され、溶融、蒸発する過程について、気泡やクラスタの挙動を扱うため、メッシュ再配置のアルゴリズムおよび相転移モデルについての研究開発を行い、それをEUV光源ターゲットのダイナミクスの解析に応用した結果を報告する。

論文

Prepulse and amplified spontaneous emission effects on the interaction of a petawatt class laser with thin solid targets

Esirkepov, T. Z.; Koga, J. K.; 砂原 淳*; 守田 利昌; 錦野 将元; 影山 慶*; 長友 英夫*; 西原 功修; 匂坂 明人; 小瀧 秀行; et al.

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 745, p.150 - 163, 2014/05

 被引用回数:38 パーセンタイル:96.85(Instruments & Instrumentation)

When a finite contrast petawatt laser pulse irradiates a micron-thick foil, a prepulse creates a preplasma, where an ultrashort relativistically strong portion of the laser pulse acquires higher intensity due to relativistic self-focusing and undergoes fast depletion transferring energy to fast electrons. If the preplasma thickness is optimal, the main pulse can reach the target generating fast ions more efficiently than an ideal, infinite contrast, laser pulse. The optimal conditions for hundreds of MeV ion acceleration are found with accompanying effects important for diagnostics, including high-order harmonics generation.

論文

原子過程と輻射流体

佐々木 明; 砂原 淳*; 西原 功修*

プラズマ・核融合学会誌, 89(10), p.654 - 658, 2013/10

現在、実用化に向けた開発が進められている、リソグラフィ用EUV光源の原子過程と輻射流体について議論する。これまでの研究で明らかになった、Snプラズマの特性と、それを解析するための手法について述べ、現在の重要な研究課題と考えられている、高効率化及び短波長化の見通しについて述べる。ダブルパルスレーザー照射によって、最適な温度,密度を持つプラズマを生成する可能性について検討する。希土類原子の4d-4f遷移ほかの発光線を用いた短波長光源の特性を予測を示す。また、原子過程,輻射流体の観点で、モデリングの課題について議論する。

論文

Modeling of atomic processes of multiple charged ions in plasmas and its application to the study of EUV light sources

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。

論文

Theoretical investigation of the spectrum and conversion efficiency of short wavelength extreme-ultraviolet light sources based on terbium plasmas

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:12 パーセンタイル:48.82(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$$d$$-4$$f$$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。

論文

レーザー生成XUV光源の放射物理と将来の短波長化への展望

佐々木 明; 西原 功修*

レーザー研究, 38(12), p.969 - 975, 2010/12

レーザー励起EUV光源の短波長化の可能性について議論する。Sn光源で用いられる4d-4f+4p-4d遷移の原子物理,原子過程について検討し、ターゲット物質としてGdを用いることで、波長6.5nmまで短波長化できることを示す。計算された輻射輸送係数を用い、等温膨張プラズマを仮定したパワーバランスモデルにより、Gdでも高い効率が得られるが、照射レーザー強度はSn光源の場合よりも10倍以上必要なことがわかった。光源の特性の評価を行うための、理論モデルの課題についても述べる。

論文

Modeling of radiative properties of Sn plasmas for extreme-ultraviolet source

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:31 パーセンタイル:76.37(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$$d$$-4$$f$$, 4$$p$$-4$$d$$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。

論文

Atomic modeling of the plasma EUV sources

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:9 パーセンタイル:36.96(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$$_{2}$$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。

論文

Low-threshold ablation of dielectrics irradiated by picosecond soft X-ray laser pulses

Faenov, A. Y.; Inogamov, N. A.*; Zhakhovskii, V. V.*; Khokhlov, V. A.*; 西原 功修*; 加藤 義章*; 田中 桃子; Pikuz, T. A.*; 岸本 牧; 石野 雅彦; et al.

Applied Physics Letters, 94(23), p.231107_1 - 231107_3, 2009/06

 被引用回数:41 パーセンタイル:82.64(Physics, Applied)

Ablation of LiF crystal by soft X-ray laser pulses with wavelength 13.9 nm and duration 7 ps is studied experimentally and theoretically. It is found that a crater appears on a surface of LiF for XRL fluence, exceeding the ablation threshold 10.2 mJ/cm$$^{2}$$ in one shot, or 5 mJ/cm$$^{2}$$ in each of the three XRL shots. This is substantially below the ablation thresholds obtained with other lasers having longer pulse duration and/or longer wavelength. A new mechanism of thermomechanical ablation in large bandgap dielectrics is proposed. The theory explains the low ablation threshold via small attenuation depth, absence of light reflection, and electron heat conductivity.

論文

The Atomic model of the Sn plasmas for the EUV sources

佐々木 明; 砂原 淳*; 西原 功修*; 西川 亘*; 小池 文博*; 田沼 肇*

Journal of Physics; Conference Series, 163, p.012107_1 - 012107_4, 2009/06

 被引用回数:5 パーセンタイル:85.85

EUV光源の多価イオン物理について報告する。次世代半導体製造技術で用いられるEUV光源には、波長13.5nmにおいて180Wの出力を発生することが要求されている。媒質として用いられるSn, XeなどのEUV波長域での発光は、10価前後の価数の多価イオンの線スペクトル放射であるが、これらのイオンは複雑な内部構造を持つので、これまではエネルギー準位や遷移確率などのデータが乏しく、主要な発光線の同定も行われていなかった。本研究では数値計算による原子データをもとに原子モデルを構築し、輻射流体シミュレーションと組合せ、光源の特性の解析,最適化を行った。計算結果を、電荷交換分光法によって精密に測定された各イオンの発光スペクトルや、オパシティ実験の結果と比較し、データを校正することにより、計算は実験をよく再現するようになった。

論文

Complementary spectroscopy of tin ions using ion and electron beams

大橋 隼人*; 須田 慎太郎*; 田沼 肇*; 藤岡 慎介*; 西村 博明*; 西原 功修*; 甲斐 健師; 佐々木 明; 坂上 裕之*; 中村 信行*; et al.

Journal of Physics; Conference Series, 163, p.012071_1 - 012071_4, 2009/06

 被引用回数:7 パーセンタイル:90.19

多価電離スズイオンのEUV領域(波長10$$sim$$22nm)の発光スペクトルを、イオンの電荷交換分光実験及び電子ビームイオントラップ(EBIT)における電子衝突励起の実験で測定した。電荷交換分光実験では、共鳴線と励起状態間の遷移が観測されたのに対し、電子衝突励起実験では共鳴線のみが観測された。両者を比較して、どのような遷移が発光に寄与しているか考察した。

論文

Atomic processes in the LPP and LA-DPP EUV sources

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。

論文

Modeling of the atomic processes and photo emission of the plasmas for the EUV source

佐々木 明; 砂原 淳*; 西原 功修*; 西川 亘*; 小池 文博*; 田沼 肇*

レーザー研究, 36(Suppl.), p.1132 - 1135, 2008/11

EUVリソグラフィの実現のために、高出力,高効率の光源の実現が重要と考えられており、Snをターゲットとしたレーザー励起プラズマ(LPP)光源の輻射流体シミュレーションにより特性の評価と動作条件の最適化を行っている。本研究では、シミュレーションに用いる輻射輸送係数の理論計算を行った。HULLACコードで計算した原子データをもとに衝突輻射モデルを構築し、得られた結果を実験と比較して検証,改良を行った。主要な発光線波長を電荷交換分光法の実験結果で校正したこと、及びサテライト線の効果を適切にモデル化した結果、シミュレーションはよく実験を再現するようになった。プラズマを低密度化すると発光スペクトルが狭窄化することから、炭酸ガスレーザー励起が高効率化のために有利なことが示唆された。

論文

極端紫外光源の原子モデルと最適設計

西原 功修*; 砂原 淳*; 佐々木 明; 田沼 肇*; 小池 文博*; 藤岡 慎介*; 西村 博明*; 島田 義則*

レーザー研究, 36(11), p.690 - 699, 2008/11

EUV光源の実用化のために重要な条件は、励起レーザー光からEUV光への変換効率(CE)を高めることである。われわれは原子物理に基づく考察により、SnがXeやLiなどよりも優れた媒質であることを示す。次に、プラズマの自己相似解に基づく理論モデルで、高いCEを得る最適な条件について議論する。そして、ドロップレットターゲットをCO$$_{2}$$レーザーのダブルパルスで照射することで5$$sim$$7%の効率を得る可能性があることを示す。

論文

Optimization of extreme ultraviolet emission from laser-produced tin plasmas based on radiation hydrodynamics simulations

砂原 淳*; 西原 功修*; 佐々木 明

Plasma and Fusion Research (Internet), 3, p.043_1 - 043_5, 2008/08

レーザー生成スズプラズマを用いた、次世代半導体リソグラフィ技術のためのEUV光源の最適化のための研究を行った。詳細な計算で求めた輻射輸送係数を用いる1次元輻射流体コードを開発し、シミュレーションの結果が実験におけるスペクトルや変換効率を正しく再現することを確かめた。最適化計算を行った結果、励起源として炭酸ガスレーザーを用いると、プラズマの密度が低くなりスペクトルの幅が狭くなる効果によって、変換効率が4%まで向上する可能性があることがわかった。

論文

多価イオンの衝突輻射モデルの構築の自動化支援

佐々木 明; 西原 功修*; 村田 真樹*

プラズマ・核融合学会誌, 84(8), p.546 - 554, 2008/08

多価イオンの発光を用いた分光解析や、光源への応用のためのシミュレーションモデルの構築を目的とし、任意の原子・イオン種を対象としたプラズマの衝突輻射モデルを構築してポピュレーションや発光スペクトルの計算を行えるようにする手法を示す。原子状態の文字列による表現の解釈によってプラズマの状態の決定のために重要な原子状態を推定する方法を示す。そして、衝突輻射モデルで考慮する原子状態の数を変えた計算を行ってポピュレーションや放射損失を収束させ、適切な原子状態を選択する過程を手続き化し、衝突輻射モデルの構築を自動化する方法を示す。

論文

Detailed atomic modeling of Sn plasmas for the EUV source

佐々木 明; 砂原 淳*; 西原 功修*; 西川 亘*; 小池 文博*; 田沼 肇*

Journal of Physics; Conference Series, 112, p.042062_1 - 042062_4, 2008/00

 被引用回数:4 パーセンタイル:86.3

リソグラフィ用EUV光源として求められる、波長13.5nmにおけるSnプラズマの発光効率の向上,最適化のために、HULLACコードによって計算された原子データから求めた輻射輸送係数を用いて流体シミュレーションを行っている。理論,実験スペクトルの詳細な比較より、4から14価までのSnイオンの4d-4f, 4p-4d, 4d-5p, 4d-5f共鳴線とサテライト線が発光におもに寄与することが明らかになった。CIの効果を考慮して発光線波長を行い、さらに電荷交換分光法による実験との比較により原子データの精度が向上した。また、モデルを変えた反復計算により、サテライト線への寄与が大きい多電子励起,内殻励起状態が明らかになり、流体シミュレーションの精度が向上した。プラズマの密度が低いほど発光スペクトルが狭窄化し効率が高まるため、CO$$_{2}$$レーザー励起は高効率化のためにも有利なことがわかった。

論文

Two dimensional radiation hydrodynamic simulation for extreme ultra-violet emission from laser-produced tin plasmas

砂原 淳*; 佐々木 明; 西原 功修*

Journal of Physics; Conference Series, 112, p.042048_1 - 042048_4, 2008/00

 被引用回数:19 パーセンタイル:97.98

次世代半導体リソグラフィ光源として用いる、レーザープラズマEUV光源の1次元及び2次元輻射流体シミュレーションを行い、最近の実験結果との比較によるベンチマークを行った。Snプラズマについての計算結果は、実験の温度,密度プロファイル,変換効率,X線スペクトルを再現した。プラズマはオパシティが大きく、輻射の自己吸収の効果を考慮することが重要なことがわかった。

論文

EUV light source by high power laser

井澤 靖和*; 西原 功修*; 田沼 肇*; 佐々木 明; 村上 匡且*; 砂原 淳*; 西村 博明*; 藤岡 慎介*; 青田 達也*; 島田 義則*; et al.

Journal of Physics; Conference Series, 112, p.042047_1 - 042047_4, 2008/00

 被引用回数:7 パーセンタイル:93.09

高出力EUV光源システムの開発のために、レーザー生成Snプラズマの理論的,実験的なデータベースの構築を行った。プラズマの基礎過程の理解のもとに、デブリ粒子の発生を抑止しつつ、高効率で高出力の発光を得るための、最適なレーザー及びプラズマの条件が明らかになった。先進的なターゲット製造技術や、高出力レーザーの技術の開発についても併せて報告する。

論文

Plasma physics and radiation hydrodynamics in developing an extreme ultraviolet light source for lithography

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:106 パーセンタイル:97.57(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.

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