回路線幅2nmノードを突破する半導体リソグラフィー露光プラズマ光源の高効率化

• Project/Area Number: 22K04213
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 21060:Electron device and electronic equipment-related
• Research Institution: University of Toyama
• Principal Investigator: 大橋 隼人 富山大学, 学術研究部教養教育学系, 講師 (60596659)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2025-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2024: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000); Fiscal Year 2023: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000); Fiscal Year 2022: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
• Keywords: レーザー生成プラズマ / 極端紫外 / EUV / B-EUV (beyond EUV) / レーザー生成プラスマ / 極端紫外光源 / beyond EUV (BEUV)

Outline of Research at the Start

半導体リソグラフィー露光用B-EUVプラズマ光源をモデリングし，高効率条件を実証する．
(1) 原子計算を拡張し，プラズマ中でのEUV光の吸収係数の算出法を確立する．
(2) プラズマの損失過程・電子温度から，最大効率(目標値：3%)のレーザー照射条件を示す．

Outline of Annual Research Achievements

本研究では半導体集積回路の回路線幅が2 nm以下に対応できるリソグラフィー露光用プラズマ光源をモデリングし，最大変換効率（3%）で産業化のガイドラインを示すことを目的としている。ロードマップ（IRDS2022）に示されている2028年の1.5 nmノード向けの波長6 nm帯beyond EUV光源の候補として希土類元素のレーザー生成プラズマが挙げられていたが，エネルギー変換効率をシミュレーションするためにはオパシティー（光学的厚み）を評価する必要があり，吸収係数が不明である状況では変換効率の理論上限がわからない状況にあった。本年度は吸収係数を算出するために原子コードFlexible Atomic Codeを用いて各種原子データの計算を行った。実験では，光学的な厚みを間接的に変えることで，スペクトル純度を改善することを試みた。2つのナノ秒（ns）パルスレーザーを直交させるダブルパルス照射法を試した。2つのパラメーター（遅延時間・ターゲット距離）を変えることでプリプラズマターゲット密度状態を能動的に制御し，時間積分B-EUVスペクトルを観測した。固体密度Gdターゲットの側面にプリパルスレーザーを集光照射し，低密度プリプラズマを生成した。その後，任意の遅延時間でメインパルスレーザーをプリパルスレーザーと直交するように集光照射した。このとき，ターゲット側面とメインパルスレーザー光軸間の距離が調整できるように真空中に置かれた自動ステージでターゲットの位置を調整した。固体密度ターゲットへのシングルパルス照射と直交ダブルパルス照射の時間積分B-EUVスペクトル形状を比較すると，帯域幅外放射を抑制でき，スペクトル純度を増加させることができた。スペクトル純度はそれぞれ1.5%と3.8%であった。光学的厚みを制御することでスペクトル純度を約2.6倍改善できることがわかった。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

進捗状況は以下の通りである。
・オパシティー（吸収係数）を評価するためのgf，gAスペクトルを計算している。
・光学的厚みを間接的に制御することで，スペクトル純度を大幅に向上できることがわかった。
・高速イオンの価数分離エネルギースペクトルおよび角度分布を実験的に明らかにした。
・予備プラズマを生成することで，B-EUV光と高速イオンを角度的に分離できることと最大エネルギーと価数を大幅に下げることができることを示した。
・高速イオンのエネルギーを3 keV以下にできることを示した。これは多層膜捕集鏡の損傷しきい値以下であり，エネルギー低減の有効な方法を示せたと考えている。

Strategy for Future Research Activity

研究計画に従い原子計算を拡張してプラズマ中でのEUV光の吸収係数の計算手法を確立する。その後，プラズマの損失過程・電子温度から，最大変換効率のレーザー照射条件・設計ガイドラインを示すことをめざす。スペクトル効率（スペクトル純度）および高速イオンを低エネルギー化する有効な手法を実験的に明らかにすることができた。これは，B-EUV光源だけでなく，レーザー生成プラズマに拡張できる有効な手法であると考えている。数値解析にフィードバックすることで，目的達成に向けて研究を進める予定である。

Research Products

• [Presentation] B-EUVプラズマ光源から発生する高速イオンの放出特性 (2024)
  • Author(s): 新沼大登, 久米真樹, 杉浦使, 矢澤隼斗, 森田大樹, 難波愼一, 東口武史
  • Organizer: レーザー学会学術講演会第44回年次大会, C08-19p-VII-07, 2024.1.19, 日本科学未来館および東京国際交流館プラザ平成, 東京 (口頭発表)
• [Presentation] レーザー生成Gdプラズマ高効率B-EUV光源に関する研究 (2024)
  • Author(s): 久米真樹, 新沼大登, 杉浦使, 空本龍弥, 矢澤隼斗, 森田大樹, 難波愼一, 東口武史
  • Organizer: レーザー学会学術講演会第44回年次大会, C08-19p-VII-06, 日本科学未来館および東京国際交流館プラザ平成, 東京 (口頭発表)
• [Presentation] レーザー生成Snプラズマから放出されるEUV光と高速イオンの放出特性 (2024)
  • Author(s): 杉浦使, 新沼大登, 久米真樹, 矢澤隼斗, 森田大樹, 東口武史
  • Organizer: レーザー学会学術講演会第44回年次大会, C08-19p-VII-08, 日本科学未来館および東京国際交流館プラザ平成, 東京 (口頭発表)
• [Presentation] 液体金属ターゲットによるレーザー生成プラズマ極端紫外光源 (2024)
  • Author(s): 空本龍弥, 久米真樹, 杉浦使, 荻原彩華, 森田大樹, 坂上和之, 難波愼一, 江島丈雄, 東口武史
  • Organizer: レーザー学会学術講演会第44回年次大会, C08-19p-VII-05, 日本科学未来館および東京国際交流館プラザ平成, 東京 (口頭発表)
• [Presentation] EUV光の高効率化実験に向けた短パルスCO2レーザーの開発 (2024)
  • Author(s): 東原望, 空本龍弥, 森田大樹, 砂原淳, 難波愼一, 東口武史
  • Organizer: レーザー学会学術講演会第44回年次大会, P01-19p-P-09, 2024.1.19, 日本科学未来館および東京国際交流館プラザ平成, 東京 (ポスター発表)
• [Presentation] 固体レーザー生成プラズマEUV光源の放射特性 (2024)
  • Author(s): 矢澤隼斗, 久米真樹, 新沼大登, 杉浦使, 森田大樹, 難波愼一, 東口武史
  • Organizer: レーザー学会学術講演会第44回年次大会, P01-19p-P-10, 2024.1.19, 日本科学未来館および東京国際交流館プラザ平成, 東京 (ポスター発表)
• [Presentation] レーザー生成Gdプラズマから放出される高速イオンの角度依存性 (2023)
  • Author(s): 新沼大登, 久米真樹, 杉浦使, 矢澤隼斗, 森田大樹, 東口武史
  • Organizer: 第84回応用物理学会秋季学術講演会, 19a-A601-7, 2023.9.19, 熊本城ホール, 熊本 (口頭発表)
• [Presentation] 固体レーザー生成Gdプラズマbeyond-EUV光源放射特性 (2023)
  • Author(s): 久米真樹, 新沼大登, 杉浦使, 東原望, 矢澤隼斗, 森田大樹, 東口武史
  • Organizer: 第84回応用物理学会秋季学術講演会, 19a-A601-6, 2023.9.19, 熊本城ホール, 熊本 (口頭発表)
• [Presentation] レーザー生成GdプラズマB-EUV光源から発生するイオンデブリの角度分布 (2023)
  • Author(s): 新沼大登, 久米真樹, 杉浦使, 矢澤隼斗, 森田大樹, 東口武史
  • Organizer: レーザー学会九州支部第12回学生講演会, 2023.9.10, 宮崎大学まちなかキャンパス, 宮崎 (口頭発表)
• [Presentation] レーザー生成Gdプラズマbeyond-EUV光源の高効率化 (2023)
  • Author(s): 久米真樹, 新沼大登, 杉浦使, 矢澤隼斗, 森田大樹, 東口武史
  • Organizer: レーザー学会九州支部第12回学生講演会, 2023.9.10, 宮崎大学まちなかキャンパス, 宮崎 (口頭発表)
• [Presentation] Angular distribution of suprathermal ions in a laser-produced tin plasma extreme ultraviolet light source by using double laser pulses (2023)
  • Author(s): Tsukasa Sugiura, Takeru Niinuma, Masaki Kume, Hayato Yazawa, Hiroki Morita, and Takeshi Higashiguchi
  • Organizer: The 12th Asia-Pacific Laser Symposium (APLS2023), DW2-05, 2023.9.6, Hokkaido, Japan (Oral)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Evaluation of suprathermal ions in a laser-produced plasma beyond-EUV source (2023)
  • Author(s): Takeru Niinuma, Tsukasa Sugiura, Masaki Kume, Yuto Nakayama, Hiroki Morita, Atsushi Sunahara, Shinichi Namba, and Takeshi Higashiguchi
  • Organizer: Photomask Japan 2023: XXIX Symposium on Photomask and Next-Generation Lithography Mask Technology, 8-2, 2023.4.26, Online (Poster)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Pulse duration effect of the charge-separated energy spectra of fast ions from a laser-produced Gd plasma BEUV source (2023)
  • Author(s): Takeru Niinuma, Tsukasa Sugiura, Masaki Kume, Yuto Nakayama, Hiroki Morita, Atsushi Sunahara, Shinichi Namba, and Takeshi Higashiguchi
  • Organizer: The 12th Advanced Lasers and Photon Sources Conference (ALPS2023), ALPSp2-29, 2023.4.20, Kanagawa, Japan (Poster)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Two-dimensional radiation hydrodynamic simulation in a laser-produced Gd plasma beyond EUV source (2023)
  • Author(s): Masaki Kume, Atsushi Sunahara, Yuto Nakayama, Takeru Niinuma, Tatsuya Soramoto, Hiroki Morita, and Takeshi Higashiguchi
  • Organizer: The 12th Advanced Lasers and Photon Sources Conference (ALPS2023), ALPSp2-26, 2023.4.20, Kanagawa, Japan (Poster)
  • Int'l Joint Research