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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:53.06

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。

口頭

Modeling of the laser plasma interaction for the development of efficient EUV sources

佐々木 明

no journal, , 

リソグラフィ用EUV光源は、200W以上の出力、5%以上の効率の達成のために研究開発が行なわれている。ダブルパルスレーザー照射による新しい励起方法が試みられているが、本報告においては、そのような励起条件の最適化のための輻射流体モデリング、特にプリパルスレーザーとドロップレットターゲットの相互作用において、相転移を考慮し、ターゲット物質の溶発や、衝撃波による分散による粒子生成のモデリング方法について議論する。

口頭

SF$$_6$$ガス中の放電のダイナミクスのパーコレーションによるモデリング

佐々木 明; 鳥居 建男; 加藤 進*; 高橋 栄一*; 金澤 誠司*; 藤井 隆*; 岸本 泰明*

no journal, , 

プラズマの構造形成が問題となる代表的な現象である放電現象を、内部に生成する電離領域が互いにつながることによって放電が起こると考えるパーコレーションモデルによって解析した。媒質として、代表的な絶縁ガスとして使われ、その中での放電現象が理論的、実験的に興味の対象となっている、SF$$_6$$を想定して解析を行った。電界に対して電離レートは比例し、付着レートは反比例する依存性を持ち、両者は印加電界360Tdで等しくなるという、特性を考慮してシミュレーションを行なうと、実験的に観測される前駆現象、ステップドリーダーの進展や、印加電界に対する放電開始の遅れ時間などの特性を再現できることが分かった。

口頭

EUV光源の原子過程、輻射流体の構築に関する考察

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鋭意進められている。高効率を得るために、微小ドロップレットターゲットをダブルパルスレーザーで照射する方法が試みられている。ドロップレットが分散され、微粒子を生成するために考えられている、レーザーのアブレーション圧力によって破砕される過程、いったん加熱されて蒸発したSnが凝縮する過程を取り扱うことができるシミュレーション手法について検討しているので報告する。2次元ラグランジプラズマ流体シミュレーションに、固体ターゲットのプラズマ化過程(相転移)を取り入れる方法について検討する。

口頭

SF$$_6$$ガス中の放電のパーコレーションモデルによるシミュレーションのモデル、パラメータ依存性についての考察

佐々木 明; 鳥居 建男; 加藤 進*; 高橋 栄一*; 藤井 隆*; 金澤 誠司*

no journal, , 

媒質中にランダムに電離し、導体になった部分が生成し、それが互いに接続して放電が起こると考えるパーコレーションモデルを用いた放電のシミュレーションを行っている。媒質中で時間とともに電離が進行する単純なパーコレーションモデルでは、電離領域の割合が理論的な閾値を超えると放電が起こるという結果を得るが、媒質中には電離領域の生成過程とともに、再結合や付着による消滅過程があり、その確率は媒質の物性や印加電界などの条件に依存すると考えられる。電離領域の生成と消滅の確率を、絶縁ガスとして用いられるSF$$_6$$の電離および付着係数をもとに定め、前者が電界に比例して増加し、後者が反比例して減少すると考え、かつ放電電流が流れると媒質が加熱され、付着の確率が減少すると考えるモデルを用いると、電界を印加された媒質中において、初期に部分放電が生じ、統計的な遅れ時間を経て急速なステップ状のストリーマの成長が起こる特性が再現される。

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

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。

口頭

次世代リソグラフィ用EUV光源におけるレーザー照射によるターゲット物質の分散、微粒子生成過程のモデリング

佐々木 明

no journal, , 

EUV光源の高効率化, 高出力化のために、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微粒子に分散する方法が考えられている。レーザーでターゲットを照射して、固体物質が加熱され、溶融、蒸発して噴出するレーザーアブレーションの過程は、液相内部に気泡が存在する気泡流の状態、気泡が成長、合体して気相内に液相の噴霧流の状態を経ると考えられ、プラズマが生成するとともに、しばしば粒子が放出されることが知られている。本発表では、ラグランジメッシュを用いた2次元流体シミュレーションにおいて、任意にメッシュを再配置することにより、気泡, クラスタの分布とそれを含む流れを直接計算するモデルの構築を試みているので報告する。

口頭

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

佐々木 明

no journal, , 

EUVリソグラフィの実現のために、光源の高出力、高効率化が重要な課題になっている。近年、Snドロップレットターゲットを、プリパルスレーザー照射で微粒子に分散する方法によって高効率が得られる実験結果が得られ、その最適化のためのシミュレーションモデルの研究を行っている。Snの液体から気体、プラズマ状態への相転移を、流体シミュレーションに組み込むため、Snの状態方程式および相転移過程の物理的検討、液相中に生成する気泡や、気相中に生成するクラスタを取り扱うための数値モデリングの検討を行い、作成したコードによるテスト計算の結果を示す。

口頭

レーザー励起EUV光源におけるターゲットの分散、微粒子発生の流体シミュレーション

佐々木 明

no journal, , 

EUV光源の高出力、高効率化において重要になっている、プリパルス照射によるSn液滴ターゲットの分散、微粒子放出過程のモデリングを行っている。粒子の形状、配置に合わせて自由に再構築されるラグランジメッシュを用い、セルの集合に対して相転移の理論を適用し、気相と液相の領域を定義する方法、すなわち、ファンデルワールスモデルに基づいて、ギブスの自由エネルギーを評価し、媒質の密度に対して正しい気相と液相の比および潜熱を与えるモデルを構築しtた。テストとして、高温の液体Snが沸騰、蒸発する過程のシミュレーションを行った。

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,2

佐々木 明; 砂原 淳*; 西原 功修*

no journal, , 

レーザープラズマ(LPP)極端紫外(EUV)光源において、プリパルス照射によりSn液滴ターゲットが分散する過程のシミュレーション解析を進めており、二次元ラグランジ流体シミュレーションコードに、メッシュの動的な再配置と、相転移ダイナミクスを組み込んだモデルの理論および数値計算手法の研究を行った。初期に高温に加熱されたSn液滴が、微粒子生成と伴いつつ気化する過程の特性について検討を行った。

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