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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

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

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

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

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

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

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.

論文

レーザー生成スズプラズマからの極端紫外光発生の放射流体シミュレーション

砂原 淳*; 佐々木 明; 田沼 肇*; 西原 功修*; 西川 亘*; 小池 文博*; 藤岡 慎介*; 青田 達也*; 山浦 道照*; 島田 義則*; et al.

プラズマ・核融合学会誌, 83(11), p.920 - 926, 2007/11

次世代の半導体露光用光源として注目されるレーザー生成スズプラズマからの極端紫外光(Extreme Ultra-Violet: EUV)を一次元、及び二次元の放射流体コードを用いて解析した。われわれは輻射過程を正確に計算するために、詳細原子コードを用いてスズプラズマのX線放射率,吸収率を計算し、その遷移エネルギーの精度を実験的に確認した。精度が検証された原子データをもとに光励起を考慮した一次元放射流体シミュレーションを行い、EUV光のプラズマ中での自己吸収が輻射輸送において重要であることを見いだした。さらにプラズマのスケール長がレーザースポットサイズと同等か、もしくは大きい場合には多次元的なプラズマの膨張が無視できないため、二次元放射流体コードを用いて解析を行った。その結果、プラズマの多次元な膨張が無視できない場合にはEUVの吸収スペクトルが減少し、EUV出力が増大することを見いだした。また、計算で得られたスペクトルは実験値をよく再現している。

論文

Atomic modeling of the plasma EUV sources

佐々木 明; 砂原 淳*; 西原 功修*; 西川 亘*; 藤間 一美*; 香川 貴司*; 小池 文博*; 田沼 肇*

High Energy Density Physics, 3(1-2), p.250 - 255, 2007/05

 被引用回数:14 パーセンタイル:48.36(Physics, Fluids & Plasmas)

EUV光源の研究開発を目的として行ってきた、Sn, Xeなどの高Z多価電離イオンの原子過程・輻射輸送に関する、理論・シミュレーション研究の成果を報告する。本研究では、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、プラズマの輻射放出・吸収係数の計算を行った。次に、これらの係数を用いた輻射流体シミュレーションを行って、EUV発光スペクトルや変換効率を求め、実験結果と比較した。さらに、電荷交換分光実験やオパシティ測定実験の結果と詳細な比較を行い、原子データ、とりわけ主要な発光線の波長を精度よく求めることにより、シミュレーションによってEUV発光スペクトル,変換効率のレーザー照射条件やターゲット条件を再現できるようにした。原子素過程データ,衝突輻射モデル,スペクトル線幅や輻射輸送モデルなどの各要素について、本研究で改良を行った点と、さらに精度を向上させるために必要な研究開発の課題について議論する。

論文

Analysis of the emission spectrum of Xe and Sn

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

Proceedings of SPIE's International Symposium on Microlithography, Vol.6151, p.61513W_1 - 61513W_8, 2006/03

EUV光源用Xe, Snプラズマの原子過程の解析を行った。実験と輻射流体シミュレーションによるEUV発光スペクトルの比較を行い、主要な発光線の波長の精度が、実験結果を再現するために重要なことを示した。13.5nm帯における発光に最も重要な各価数のイオンの4d-4f共鳴線については、電荷交換分光法によって波長を正確に測定し、それによって原子データの改良を行った。サテライト線については、CI(配置混合)を考慮して波長と分布を求めるようにした。EUV波長領域でのスペクトルの形状とそのプラズマ温度,密度,光学的厚さによる変化について検討し、その効率に対する効果について考察した。

論文

Opacity effect on extreme ultraviolet radiation from laser-produced tin plasmas

藤岡 慎介*; 西村 博明*; 西原 功修*; 佐々木 明; 砂原 淳*; 奥野 智晴*; 上田 修義*; 安藤 強史*; Tao, Y.*; 島田 義則*; et al.

Physical Review Letters, 95(23), p.235004_1 - 235004_4, 2005/12

 被引用回数:135 パーセンタイル:95.53(Physics, Multidisciplinary)

レーザー生成スズプラズマからの極端紫外(EUV)発光へのオパシティの効果を実験的に解析した。X線放射によって電子温度30-40eVの均一なスズプラズマを生成することにより、EUV波長域(10-20nm)におけるオパシティを初めて測定した。測定されたオパシティは理論計算とほぼ一致した。理論計算で求めたオパシティを用いた輻射流体シミュレーションと実験の比較の結果は、EUV光源としての効率を高めるためには、13.5nm領域でプラズマの光学的厚みが1程度以上になることが必要だが、反面オパシティが大きすぎると吸収の効果によって効率が低下することを示し、オパシティの制御が重要なことを示す。

論文

Promising fast reactor systems in the feasibility study on commercialized FR cycle systems

阪本 善彦; 小竹 庄司; 西川 覚; 江沼 康弘; 安藤 将人; 佐賀山 豊

Proceedings of 13th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-13), 0 Pages, 2005/05

将来の多様なニーズに対応可能な有望な高速炉サイクルシステムを提案するために、実用化戦略調査研究を進めている。様々な炉システム概念に関する設計研究を実施し、開発目標に対する適合度を評価した。また、各炉システム概念に対する重要な開発課題を抽出し、その開発計画をロードマップとしてとりまとめた。結果として、各炉の特徴や性能の違いを検討し、重要な開発課題を明確にした。現在、さらなる検討を進めており、フェーズII末での評価結果を踏まえて、有望概念を提案する予定である。

論文

The Promising Fast Reactor Systems ans Their Development Plans in Japan

小竹 庄司; 阪本 善彦; 江沼 康弘; 安藤 将人; 西川 覚; 佐賀山 豊

Proceedings of 2005 International Congress on Advances in Nuclear Power Plants (ICAPP '05), 0 Pages, 2005/05

将来の多様なニーズに対応可能な有望な高速炉サイクルシステムを提案するために、実用化戦略調査研究を進めている。様々な炉システム概念に関する設計研究を実施し、開発目標に対する適合度を評価した。また、各炉システム概念に対する重要な開発課題を抽出し、その開発計画をロードマップとしてとりまとめた。結果として、各炉の特徴や性能の違いを検討し、重要な開発課題と開発期間を明確にした。現在、さらなる検討を進めており、フェーズII末での評価結果を踏まえて、有望概念を提案する予定である。

論文

Characterization of extreme ultraviolet emission from laser-produced spherical tin plasma generated with multiple laser beams

島田 義則*; 西村 博明*; 中井 光男*; 橋本 和久*; 山浦 道照*; Tao, Y.*; 重森 啓介*; 奥野 智晴*; 西原 功修*; 河村 徹*; et al.

Applied Physics Letters, 86(5), p.051501_1 - 051501_3, 2005/01

 被引用回数:110 パーセンタイル:94.83(Physics, Applied)

EUV光源として用いられるSnプラズマの基本的な輻射流体力学的な特性を明らかにするために、阪大レーザー研の激光XII号レーザーで球状のSnターゲットを照射し、生成したプラズマからのEUV光のスペクトル,発光強度分布,波長13.5nm領域の2%帯域中の発光強度とその時間変化,変換効率の測定を行った。照射強度5$$times$$10$$^{10}$$W/cm$$^{2}$$において最大効率3%が得られた。変換効率のレーザー強度依存性を等温膨張プラズマを仮定した理論モデルと比較した。

論文

Effect of the satellite lines and opacity on the extreme ultraviolet emission from high-density Xe plasmas

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:40 パーセンタイル:79.79(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$$d$$-4$$f$$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$$sim$$12価程度のXeのイオンの4$$d$$-4$$f$$, 4$$p$$-4$$d$$, 4$$d$$-5$$p$$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。

論文

Theoretical simulation of extreme UV radiation source for lithography

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。

論文

Promising Fast Reactor Systems in the Feasibility Study on Commercialized FR Cycle Systems

阪本 善彦; 阪本 善彦; 江沼 康弘; 安藤 将人; 西川 覚; 小竹 庄司; 家田 芳明

第14回 環太平洋原子力会議(2004年3月21日$$sim$$25日), 0 Pages, 2003/00

FBRサイクル実用化戦略調査研究の一環として、ナトリウム冷却炉、鉛ビスマス冷却炉、ヘリウムガス冷却炉、水冷却炉の各候補概念について、開発目標に照らした技術評価を行った。また、各候補概念について、実用化のために必要となる研究開発課題をまとめ、その概要をロードマップとして示した。

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