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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

Density and X-ray emission profile relationships in highly ionized high-Z laser-produced plasmas

吉田 健祐*; 藤岡 慎介*; 東口 武史*; 鵜篭 照之*; 田中 のぞみ*; 川崎 将人*; 鈴木 悠平*; 鈴木 千尋*; 富田 健太郎*; 廣瀬 僚一*; et al.

Applied Physics Letters, 106(12), p.121109_1 - 121109_5, 2015/03

 被引用回数:6 パーセンタイル:32.7(Physics, Applied)

We present a benchmark measurement of the electron density profile in the region where the electron density is 10$$^{19}$$ cm$$^{-3}$$ and where the bulk of extreme ultraviolet (EUV) emission occurs from isotropically expanding spherical high-Z gadolinium plasmas. It was found that, due to opacity effects, the observed EUV emission is mostly produced from an underdense region. We have analyzed time-resolved emission spectra with the aid of atomic structure calculations, and find that while the multiple ion charge states around 18+ during the laser pulse irradiation.

論文

High spatial resolution ZnO scintillator for an in situ imaging device in EUV region

有田 廉*; 中里 智治*; 清水 俊彦*; 山ノ井 航平*; Empizo, M.*; 堀 達広*; 福田 一仁*; 南 佑輝*; 猿倉 信彦*; 圓山 桃子; et al.

Optical Materials, 36(12), p.2012 - 2015, 2014/10

 被引用回数:7 パーセンタイル:38.97(Materials Science, Multidisciplinary)

EUV励起によるZnO結晶の発光パターンのシングルショットイメージを計測した。EUVビームの集光点にZnOを置いたときの発光パターンのサイズは横5.0$$mu$$m、縦4.7$$mu$$mであり、これはEUVレーザーのスポットサイズ1$$mu$$m、発光観測用拡大光学系(シュワルツシルトミラーとレンズ)の分解能4$$mu$$mよりも大きい。我々はZnOの実効的な発光寿命からエキシトンの拡散長を見積もった。発光寿命は励起密度に依存してエキシトンーエキシトン衝突による消光により短くなっている。我々の結果からは、空間分解能を改善するためにより短寿命のZnOが望ましいことが示唆された。

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

Approach to optimize conversion efficiency of discharge-pumped plasma extreme ultraviolet sources

Masnavi, M.*; 中島 充夫*; 佐々木 明; 堀田 栄喜*; 堀岡 一彦*

Applied Physics Letters, 87(11), p.111502_1 - 111502_3, 2005/09

 被引用回数:4 パーセンタイル:18.62(Physics, Applied)

MHDシミュレーションと、HULLACコードによる原子データを用いた原子過程シミュレーションを組合せ、キャピラリー放電によるEUV光源の変換効率が、電流パルスの形状を整形することで改善される可能性について理論的に解析した。電流パルスの形状を制御し、プラズマのダイナミクスを制御し、プラズマがピンチされた状態を維持することで、発光のパルス幅を伸ばし、準定常的なプラズマを生成することにより効率の改善を図る。

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

Characteristics of extreme ultraviolet radiation conversion efficiency of a xenon plasma

Masnavi, M.*; 中島 充夫*; 佐々木 明; 堀田 栄喜*; 堀岡 一彦*

Japanese Journal of Applied Physics, 43(12), p.8285 - 8291, 2004/12

 被引用回数:4 パーセンタイル:20.72(Physics, Applied)

半導体リソグラフィ用EUV光源としてレーザープラズマと並んで注目されている放電プラズマの放射特性の理論的な解析を行った。本論文では、放電励起プラズマが10$$^{18}$$/cm$$^{3}$$程度の低密度であることによる非平衡原子過程の効果に注目し、電離過程を時間依存,励起過程を定常とみなす準定常(QSS)モデルでポピュレーションを評価し、さらにHULLACによる詳細原子データを用い、 $$Xe^{10+}$$の4d-5p遷移の構造を考慮して13.5nm帯の発光強度の評価を行ったところ、定常状態を仮定した場合よりも効率が向上する可能性があることがわかった。

論文

レーザー生成プラズマを用いた次世代リソグラフィEUV光源

西原 功修*; 西村 博明*; 望月 孝晏*; 佐々木 明

レーザー研究, 32(5), p.330 - 336, 2004/05

現在、核融合研究を含むエネルギー科学研究の成果を新しい学術の創生と先端産業技術に還元することが社会から要請されている。本解説では、特にレーザー核融合の基監技術を応用した極端紫外光源開発を中心に、産業技術への新しい展開を議論する。実験及び理論解析による、XeやSnのレーザー生成プラズマから発生する13.5nm帯のEUV光の特性について述べる。特に、原子データ計算コード(HULLAC)や、理論原子データベースによる分光解析によって、主要なスペクトル線の同定を行い、オパシティの性質を明らかにし、13.5nm帯で得られるEUV光出力理論的限界について議論する。さらにこれらのプラズマ物理の理解に基づく、ターゲット材質,構造や照射条件の最適化について検討する。

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

Theoretical EUV spectrum of near Pd-like Xe

佐々木 明

プラズマ・核融合学会誌, 79(4), p.315 - 317, 2003/04

次世代半導体リソグラフィのためのEUV光源として注目される、Xeプラズマの発光スペクトルの理論解析を行った。HULLAコードによってXeイオンのエネルギー単位,衝突,輻射過程のレート係数の計算を行い、Whiamコードシステムによってレベルポピュレーションとスペクトル計算を行った。その結果、Xe$$^{7+}$$~Xe$$^{18+}$$の4d-4f遷移がほぼすべて11nm帯で発光して強いピークとして観測されるのに対し、4d-5p遷移の波長は価数が高くなるに従って短波長側にシフトすることがわかった。放電励起による低密度プラズマでは、Xe$$^{10+}$$の4d-5p遷移がEUV光源として要求されている13.5nm帯で発光することがわかった。

口頭

EUV光源ターゲットとレーザー光の相互作用のモデル化

佐々木 明; 砂原 淳*; 西原 功修*

no journal, , 

現在、次世代半導体リソグラフィ用EUV光源の実用化の高出力化や、将来に向けた短波長化の研究が進められている。これまでの研究により、プリパルスレーザーで液滴ターゲットを微粒子に分散し、それをメインパルスレーザーでプラズマ化、加熱する方法が、高効率を得るために有効なことが示されている。しかし、そのようなプラズマおよびレーザーと物質の相互作用は、従来のレーザープラズマのシミュレーションで想定しているものと異なると考えられ、マクロな流体シミュレーションに気液相転移を取り入れる手法について検討を行っている。2次元のラグランジ流体モデルにおいて、メッシュの任意の分割、融合のアルゴリズムを導入し、物質が自発的に気相と液相に分離する過程をモデル化し、スズの蒸気、プラズマと液体のクラスタが共存しながら膨張する過程、そのような物質中のレーザーの伝播, 吸収, 加熱過程のモデル化手法について検討する。

口頭

Study of nLTE kinetic model of high-z ions for laser plasma produced (LPP) EUV sources to fusion plasmas

佐々木 明; 村上 泉*; 加藤 太治*; 森田 繁*

no journal, , 

非局所熱平衡状態(nLTE)にある高Zプラズマのイオンのポピュレーションやスペクトルを評価するために用いる原子過程モデルの開発について述べる。X線レーザーに用いるAg、EUV光源に用いるSn、核融合で興味のあるWなどのモデルの構築を行っている。非相対論的電子配置で平均化された原子レベル構造に基づき、HULLACコードで計算したエネルギー準位、輻射遷移確率などの原子素過程データを用い、高Zプラズマで重要となる二電子性再結合を考慮している。計算の信頼性を確かめるために、まず、エネルギー準位をコア状態とそれに一電子を付与した一連の励起状態ごとにグループ化し、グループの数を増し、モデルのサイズに対する収束性の評価を行った。次にコード相互比較の国際ワークショップにおいて、他の研究機関のコードとの比較を検証を行い、さらに、磁気閉じ込め核融合プラズマの分光計測との比較を行った。そして、モデル開発の成果と今後の課題について議論した。

口頭

Hydrodynamics modeling of the dynamics of Sn droplet target for the EUV source

佐々木 明

no journal, , 

リソグラフィ用レーザープラズマEUV光源の高出力、高効率化のために、ダブルパルス励起法が有効であることが実験的に示されている。比較的低強度のプリパルスレーザーでSnドロップレットを照射すると、ミストが生成し、これをメインパルスレーザーで加熱すると発光に適した低密度の均一なプラズマが生成されると考えられ、ミストの生成過程を理解し最適化することが必要と考えられている。本発表では、2次元ラグランジ流体シミュレーションにおいて、セルの任意の分割、融合操作を取り入れることで、Snターゲットが加熱され蒸発する過程で、気相のバブル、液相のクラスタを生成する過程を再現することを試みた結果を報告する。

口頭

レーザー光とEUV光源用Snターゲットの初期の相互作用のモデリング

佐々木 明; 西原 功修*; 砂原 淳*

no journal, , 

リソグラフィ用レーザーEUV光源の研究では、高出力、高効率化が重要と考えられ、このためにレーザーとターゲットの相互作用のモデリングとそれに基づく最適化が重要と考えられている。低強度のプリパルスレーザーでSn液滴ターゲットを照射して起こる、ターゲット物質の分解、微粒子あるいはミストの生成過程に関する、流体力学モデリングを行っている。自己組織化するラグランジメッシュを用い、複数のセルから構成するメタセルについて熱力学的に正しい気相、液相の分布を与える方法によって、気液相転移、相分離を扱い、加熱されたドロップレットの蒸発過程、いったん気化したSnが膨張する際の凝縮過程のシミュレーションを試みているので報告する。

口頭

EUV光源プラズマのモデリング

佐々木 明

no journal, , 

リソグラフィ用EUV光源の高出力、高効率化のための、原子過程・輻射流体力学のモデリングとシミュレーションについて述べる。最近実験研究が行われている、プリパルスレーザーでSn液滴を分散する方法について、自己組織化ラグランジメッシュを用いる2次元流体シミュレーションにおいて、セルの分割、融合および、物理量の再配分によって、レーザーで加熱された液体Snが蒸発したり、いったん気化したSnが凝結して粒子生成する過程の解析を行っている。非構造格子を用いた流体シミュレーションの精度の向上、液相および気相Snの状態方程式についても議論する。

口頭

自己組織化ラグランジメッシュを用いた流体コードによるEUV光源ターゲット分散過程のモデル化

佐々木 明; 砂原 淳*; 西原 功修*

no journal, , 

現在、次世代半導体リソグラフィ用EUV光源の実用化に向けた研究開発が進められており、プリパルスレーザー照射でSn液滴を微粒子に分散する方法に関し、モデル化を通じて最適化することが重要と考えられている。われわれは、有限の時間的、空間的分解能の範囲において、自己組織化するラグランジメッシュを構築し、平衡熱力学に基づく気液相転移、二相共存状態を扱う、2次元流体シミュレーションコードの開発を行っている。特に、Snのファンデルワールス状態方程式を用い、温度、密度に対する液相、気相の比率を求め、それを満足するようにセルを分割することで相転移、相分離を扱うようにし、レーザー照射されたSn液滴が粒子となって飛散する過程や、いったん気化したSnが凝結する過程を扱うコードの開発を行ない、テスト計算を行った結果や、そこで見出された問題点、およびその解決方法について議論する。

口頭

EUV光源用Sn液滴ターゲットとレーザー照射初期の相互作用と微粒子生成のモデル化

佐々木 明; 砂原 淳*; 西原 功修*

no journal, , 

レーザー生成プラズマEUV光源は次世代半導体リソグラフィ用に研究開発が進められているが、Sn液滴ターゲットを低強度のプリパルスレーザーで照射して微粒子のクラウドまたはミストを生成し、それをCO$$_2$$レーザーで照射して高効率が得られている。EUV光源として用いるレーザー照射プラズマの特徴を、高温の気相Snが膨張、冷却する際にクラスタを生成する過程、短パルスレーザー照射によって発生した衝撃波が液滴を破砕する過程などに分けて解析し、2次元ラグランジ流体シミュレーションで再現することを試みる。メッシュの再配置のアルゴリズム、相転移の物理モデルとその数値計算手法およびその検証方法について議論する。

口頭

Modeling of fragmentation of laser irradiated tin droplet target for extreme ultraviolet (EUV) light sources

佐々木 明

no journal, , 

レーザープラズマ極端紫外(EUV)光源の研究開発において、プリパルス照射によって、初期にターゲットを微粒子に分散して、それをCO$$_2$$レーザーで加熱する方式で高い効率が得られている。レーザー照射によってターゲット内部に衝撃波が発生し、Warm Dense Matter状態が作られる。われわれはターゲット物質が分散する過程の温度、密度分布の時間発展を評価するための流体モデルの研究を行っている。2次元ラグランジ流体シミュレーションに、相転移ダイナミクスを取り入れ、任意の温度、密度における気体、液体領域の分布を再現するモデルの構築を行っている。

口頭

レーザー励起プラズマEUV光源ターゲット分散過程のモデル構築

佐々木 明; 砂原 淳*; 西原 功修*

no journal, , 

EUV光源の特性の評価と最適化のため、プラズマ流体シミュレーションに気液相転移の過程を考慮した理論的検討、数値モデリングを行っている。Sn液滴をレーザーで照射すると、加熱による沸騰、衝撃波による破砕の過程や、いったん気化したSnが膨張、冷却する間に凝縮するなどのさまざまな過程で微粒子が発生すると考えられる。流体とともに動くラグラジアンメッシュを用い、それを各時刻、場所の温度、密度において熱力学的に与えられる気液の比に従って動的に分割することにより、微粒子や気泡の分布を直接取り扱うモデルを構築した。固体・液体および気体についてそれぞれ理想的な状態の存在比をファンデルワールスモデルによって求め、その間の転移過程において、前後の自由エネルギー(熱, ひずみ, 表面エネルギー)が保存されるように定式化した。このようなモデルについて、Sn液滴の分散に対応する条件で検証を行っているので報告する。

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