Development of advanced plasma soft x-ray laser and next generation nano-processing technology
| Project/Area Number |
21H03750
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 80040:Quantum beam science-related
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| Research Institution | National Institutes for Quantum Science and Technology |
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Principal Investigator |
ヂン タンフン 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 関西光量子科学研究所 量子応用光学研究部, 主任研究員 (20744808)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
長谷川 登 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 関西光量子科学研究所 量子応用光学研究部, 主幹研究員 (50360409)
錦野 将元 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 本部 経営企画部, 上席研究員 (70370450)
石野 雅彦 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 関西光量子科学研究所 量子応用光学研究部, 上席研究員 (80360410)
米谷 佳晃 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 関西光量子科学研究所 量子応用光学研究部, 主幹研究員 (80399419)
畑 昌育 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 関西光量子科学研究所 量子応用光学研究部, 主任研究員 (60712429)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥17,810,000 (Direct Cost: ¥13,700,000、Indirect Cost: ¥4,110,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Fiscal Year 2022: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Fiscal Year 2021: ¥11,440,000 (Direct Cost: ¥8,800,000、Indirect Cost: ¥2,640,000)
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| Keywords | プラズマX線レーザー / ナノ微細加工造形 / X線・EUV超微細加工 / EUV高次高調波発生 / 高強度レーザー |
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| Outline of Research at the Start |
極短パルスの高エネルギー光子を放出するX線レーザーを物質に集光すると，ナノメートル（10億分の１メートル）・フェムト秒（1000兆分の１秒）領域という極微小な空間・時間に高温な電子が高密度に存在する非平衡状態が生じる．本研究では，この特異状態の特徴を生かして，従来のリソグラフィ技術に必要である現像・エッチングなどの複数の工程を大幅に簡略化可能な直接ナノ造形技術を開発する．
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| Outline of Annual Research Achievements |
【高機能光源開発】では，昨年度までに整備したプラットホームレーザーをさらに高度化する開発を継続して実施した．パルス圧縮後のスペックは，エネルギー750mJ，パルス幅 40fsまで達成した．今後の高出力化を見据え、高い回折効率が得られるホログラフィク型回折格子（1480 grooves/mm）とビーム直径75mmまで入射できる光学素子を導入した．EUV高次高調波（HHG）の高度化では，光源を高出力化するために，ガスジェットノズルの長さを調整することにより，基本波とガスの相互作用長を長くすることができ，その結果，EUV-HHGの出力が昨年度の11倍まで向上した．さらに，EUV-HHGの増幅機構に非線形伝搬や電子プラズマの寄与と考えられる実験結果が得られた．その結果を研究協力者と議論して解析を進めている．一方で，波長18.９nmニッケル様モリブデンプラズマレーザーの発振実験に先立ち，光学系を工夫することによりコンパクトな集光光学系を構築した．これまでに不安定ながらX線レーザーの発振が確認されている．現在は安定，且つ，高出力で発振できるポンプレーザー条件と集光光学配位を調べている．
【加工理物モデルの構築】では，FY2021までに整備したEUV超微細加工・造形装置をさらに高度化することを実施した．加工ビームを形成するための光学系を作成し，反射率や透過率など基本性能はKEK-PFの放射光を用いて評価し，集光特性やパターニング特性などは光線追跡計算とEUV高次高調波を用いて評価した．また，これまでに実施したSiおよびシリコン系の基板・半導体材料に加えてPMMAなどのレジスト材料の加工試験の結果をまとめて解析を進めている．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
FY2022では，当初計画していた通り順調に実験と開発が進んでいる．Web会議を通じて，国内外の研究協力者と密接に連絡を取っており，より深い議論ができた．また，今後の方針を明確にすることができたため，おおむね順調に研究が進展していると判断した．
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| Strategy for Future Research Activity |
【高機能光源開発】では，プラズマX線レーザー，EUV高次高調波発生，これらを駆動するプラットホームレーザーの高度化に向けた開発を継続して実施する．プラットホームレーザーの開発目標は，パルス幅40fs，パルスエネルギー２Jとする．またプラズマX線レーザーのターゲットの形状と励起パルスの照射条件を実験と数値シミュレーションの両輪により最適化していく．
【加工理物モデルの構築】では，EUV・IRレーザー2色照射方式を用いた微細加工・造形装置の高度化を行う．また，加工実験とモデル計算によりシリコン系の基板・半導体材料に対する最適な加工条件を明らかにすることを目指す．
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Report
(2 results)
Research Products
(21 results)
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[Journal Article] Independent contribution of optical attenuation length in ultrafast laser-induced structural change2021
Author(s)
Tatsunori Shibuya, Kazuyuki Sakaue, Hiroshi Ogawa, Daisuke Satoh, Thanh-Hung Dinh, Masahiko Ishino, Masahito Tanaka, Masakazu Washio, Takeshi Higashiguchi, Masaharu Nishikino, Akira Kon, Yuya Kubota, Yuichi Inubushi, Shigeki Owada, Yohei Kobayashi, and Ryunosuke Kuroda
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Journal Title
Optics Express, pp. 33121-33133 (2021.9).
Volume: Vol. 29(21)
Issue: 21
Pages: 33121-33133
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Dependence of dose rate on the sensitivity of the resist under ultra-high flux extreme ultraviolet (EUV) pulse irradiation2021
Author(s)
Okamoto Kazumasa, Kawai Shunpei, Ikari Yuta, Hori Shigeo, Konda Akihiro, Ueno Koki, Arai Yohei, Ishino Masahiko, Thanhhung Dinh, Nishikino Masaharu, Kon Akira, Owada Shigeki, Inubushi Yuichi, Kinoshita Hiroo, Kozawa Takahiro
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Journal Title
Applied Physics Express
Volume: 14
Issue: 6
Pages: 066502-066502
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access
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[Presentation] Enhancement of high-order harmonics radiations around 13.5 nm by a long-interaction gas tube and its application to development of photoresist materials2022
Author(s)
Shinichi Namba, J. Seres, E. Seres, C. Serrat, Thanhhung Dinh, Hasegawa Noboru, Ishino Masahiko, Yamamoto Hiroki, Nishikino Masaharu, Kawachi Tetsuya
Organizer
6th Asia-Pacific Conference on Plasma Physics, Division of Plasma Physics, Association of Asia Pacific Physical Societies
Related Report
Int'l Joint Research / Invited
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