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論文

Data of heavy elements for light sources in EUV and XUV and for other applications

小池 文博*; 舟場 久芳*; 後藤 基志*; 加藤 太治*; 加藤 隆子*; 森田 繁*; 村上 泉*; 坂上 裕之*; 須藤 滋*; 鈴木 千尋*; et al.

AIP Conference Proceedings 1545, p.202 - 211, 2013/07

 被引用回数:3 パーセンタイル:81.12

多電子,多価イオンを含むプラズマの状態の理解のために重要となる、原子番号が50から80までの原子の多価イオンのエネルギー準位や遷移確率について議論する。これらの原子データに関する理論計算の現状について述べる。また、W, Gd, Ndイオンの分光計測や、その結果の理論解析についても述べる。

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

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

EUV spectra from highly charged tin ions observed in low density plasma in LHD

鈴木 千尋*; 加藤 隆子*; 佐藤 国憲*; 田村 直樹*; 加藤 太治*; 須藤 滋*; 山本 則正*; 田沼 肇*; 大橋 隼人*; 須田 慎太郎*; et al.

Journal of Physics; Conference Series, 163, p.012019_1 - 012019_4, 2009/06

 被引用回数:9 パーセンタイル:93.21

LHDにおける低密度プラズマ中のスズイオンからのEUVスペクトルの測定を行った。プラズマが急激に冷却し、放射崩壊に近づくときは、よく知られた13.5nm付近の発光が観測されるのに対し、プラズマが緩やかに冷却するときは、13.8$$sim$$14.6nmに未同定のラインが見られた。前者は11$$sim$$14価,後者は19価以上のスズイオンの発光と考えられる。

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

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

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.

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

多価イオンを用いたプラズマ光源

田沼 肇*; 佐々木 明

プラズマ・核融合学会誌, 83(8), p.679 - 683, 2007/08

多価イオンのEUV(極端紫外)光源への応用について述べる。XeやSnの10価前後のイオンの4-4遷移から放出される光を、高出力,高効率なEUV光源に応用する可能性が、詳細な理論的及び実験的研究により明らかにされた。電荷交換分光法によるXe, Sn多価イオンの共鳴線の波長の測定をはじめ、原子データ,原子モデルの精度を高めることにより、実験的なレーザープラズマ光源の輻射変換効率やスペクトルを輻射流体シミュレーションで再現し、光源の特性の評価が行えるようになった。

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

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。

口頭

Radiative properties of Xe and Sn plasmas

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

no journal, , 

次世代リソグラフィ用EUV光源の最適化のために行っている、レーザー生成Xe, Snプラズマの輻射特性の理論解析について発表する。われわれはHULLACコードによって計算した原子データを元にして、はじめにXe, Snプラズマの輻射放出・吸収係数の計算を行い、それを用いた輻射流体シミュレーションが、実験による光学的な厚みの薄いプラズマからの発光を再現することを見いだした。次に、不均一なプラズマ中での輻射輸送の効果を、原子過程と輻射輸送をカップルしたシミュレーションによって考慮し、プラズマの光学的厚みが増すにつれて発光スペクトルに吸収構造が現れることを示した。発表では、共鳴線の波長の精度の改善や、サテライト線の分布の解析を行い、吸収構造が存在する条件での効率のレーザー照射条件,ターゲット条件に対する依存性を解析し報告する。

口頭

EUV光源における不均一なプラズマ中の輻射輸送効果の解析

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

no journal, , 

EUV光源として用いられるXe, Snなどのレーザー生成プラズマ中において、不均一な媒質の輻射輸送が発光特性に与える影響をシミュレーションによって解析した。発光スペクトルに現れるディップの構造は、膨脹によって低密度になったコロナプラズマ中の共鳴線の吸収に起因することがわかった。吸収の効果は、特に励起レーザー波長が短く、パルス幅が長い条件で重要になることがわかった。吸収は、Snプラズマでは発光効率を低下させるのに対して、Xeプラズマでは波長11nm領域の共鳴線に比べて13.5nm領域の強度を相対的に増加させる異なった効果を与えることがわかった。Snプラズマにおける実験とシミュレーションによるスペクトルの違いについて、スペクトル線の波長,サテライト線の分布,プラズマの価数分布などの要因が与える影響について検討した。詳細な荷電交換分光の結果との比較により、計算による共鳴線波長のシフトの大きさは0.3nm以下であることがわかった。オパシティ実験の結果との比較は、サテライト線の波長については2nm程度のシフトがあると考えられることを示した。

口頭

Xe, Snプラズマの原子モデル改良の課題

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

no journal, , 

われわれは、HULLACコードによる原子素過程データをもとにXe, Snプラズマのemissivity, opacityを計算して輻射流体シミュレーションコードに組み込み、発光スペクトル,変換効率の評価を進めている。当初、強度$$10^{11}W/cm^2$$,パルス幅1ns,波長1$$mu$$m程度のレーザー光で生成されたSnプラズマのシミュレーションを行ったところ、計算されたスペクトルと実験の良い一致が得られたが、効率の最適化のために強度,パルス幅,波長を変えた計算を行ったところ、結果に差異が生じることがわかった。光学的に厚いSnプラズマからのスペクトルにおいては、共鳴線の構造が吸収として現れると考えられ、その波長や分布の正確なデータを用いることが重要である。オパシティの計測及び電荷交換分光の実験結果との比較より、Xe, Snいずれのプラズマでも4d-4f, 4p-4d共鳴線の波長に対するCI(Configuration Interaction)の効果が大きく、計算結果は実験より0.3-0.5nm短波長であることが明らかになった。これらの共鳴線は実際には非常に多数の微細構造遷移から構成されており、現在それらが作るtransition arrayの形状の影響についての考察を進めている。また、10-15nmの広い波長範囲におけるスペクトルの構造に対しては、サテライト線の波長,分布に対するCIの効果を考慮する必要があると考えられる。

口頭

EUV光源の原子過程モデル

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

no journal, , 

次世代半導体リソグラフィ用EUV光源の高効率化,高出力化を目指して行っているシミュレーションについて発表する。光源として用いられる電子温度20-50eVのプラズマ中のXe, Snイオンのエネルギー準位,衝突や輻射による電離,励起のレートをHULLACコードで求め、それを用いた衝突輻射モデルでプラズマの発光スペクトルやオパシティの検証を行った。詳細な実験との比較を通じて、モデル中の共鳴線の波長やサテライト線の分布の改良を行うことにより、計算によるスペクトルが実験とよりよく一致するようになった。Snの波長13.5nm領域における異なる価数のイオンからの放射が作るスペクトルの構造を再現できるようになった。これらの結果をもとに、実用化のための115W光源の実現に向けたプラズマ条件の最適化について検討する。

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