2016 Fiscal Year Research-status Report
微細加工の制御に向けたフェムト秒レーザーアブレーション過程の軟Ｘ線プローブ計測
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16K04989
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| Research Institution | National Institutes for Quantum and Radiological Science and Technology |
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Principal Investigator |
長谷川 登 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 関西光科学研究所 光量子科学研究部, 主幹研究員(定常) (50360409)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
錦野 将元 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 関西光科学研究所 光量子科学研究部, グループリーダー(定常) (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, 関西光科学研究所 光量子科学研究部, 主幹研究員(定常) (80360410)
難波 愼一 広島大学, 工学研究院, 教授 (00343294)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | フェムト秒レーザーアブレーション / 超高速現象の時間分解計測 / 軟Ｘ線プローブ計測 / 軟Ｘ線干渉計測 / 軟Ｘ線顕微鏡 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成28年度は、軟Ｘ線レーザーを光源とした干渉計（水平方向空間分解能0.6 μm、深さ方向分解能2 nm）を用いてフェムト秒レーザーアブレーション過程の時間分解計測を行い、アブレーションの閾値近傍でのみ形成される薄膜構造体の形成過程を詳細に捉えることに成功した。
軟Ｘ線レーザーは、物質の表面を選択的に観測する為に最適な波長（14 nm）、物質の運動を捉えるのに十分なパルス幅（10 ps以下）、1ショットで観測可能な十分な強度等の優れた特性を有しており、従来観測の困難であったフェムト秒レーザーアブレーション過程の観測に適している。我々は今までにフェムト秒レーザーポンプ・軟Ｘ線レーザープローブ装置を用いることで、閾値近傍の照射強度における金のフェムト秒レーザーアブレーション過程において、軟Ｘ線の光学素子（ビームスプリッター）として機能するほどに高精度・高密度な薄膜が過渡的に形成されることを発見している。しかしながら、「薄膜から反射する光」と「薄膜を透過し、その下に存在する固体面から反射する光」の干渉現象（ニュートンリング）として間接的に薄膜を観測していたため、大部分の質量を有する固体面の状態は未だ観測されていなかった。
今回、軟Ｘ線プローブ装置に深さ方向を分解することが可能な軟Ｘ線干渉計を加えることで、膨張する固体面とその上方の薄膜を同時に直接観測することに世界で初めて成功した。更に別の材質（タングステン）においても同様の現象が観測されており、本現象がフェムト秒レーザーアブレーション過程の本質に関わる結果であることが示された。
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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
平成28年度は、軟Ｘ線干渉計を用いた過渡的な薄膜形成の観測に成功しており、当初予定した計画通りに進行している。
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| Strategy for Future Research Activity |
来年度は、軟Ｘ線干渉計測を様々な照射条件下において行う。特にアブレーション閾値を僅かに下回る条件（完全には吹き飛ばない）下における表面のナノメートルスケールの凹凸の成長過程の観測と終状態の精密な比較を行うことで微細加工に関する知見を得る予定である。更に国内外の理論シミュレーションチームとの議論を開始し、我々が得たデータとの詳細な比較を行う予定である。
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| Causes of Carryover |
平成28年度は、軟Ｘ線干渉計による観測を行った結果、今までに無い成果を得る事に成功したため、新しいデータの取得にリソースを集中した。そのため、新しい軟Ｘ線光学系の構築については来年度に行う事とした。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
平成29年度は、平成28年度に予定していた新しい軟Ｘ線光学系の構築を行うと共に、平成28年度の干渉計測で形成した照射痕のAFM、SEM等の計測（外部委託）に予算を使用する予定である。
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[Journal Article] Progress and prospects of coherent x-ray research using high power lasers in Japan Atomic Energy Agency2016
Author(s)
T. Kawachi, M. Nishikino, A. Sasaki, M. Ishino, N. Hasegawa, T. Imazono, T. A. Pikuz, A. Y. Faenov, M. Magnitskiy, M. Maruyama, T. Tomita, T. Suemoto, A. S. Pirozhkov, S. V. Bulanov, H. Kiriyama, M. Kando, M. Yamagiwa, K. Kondo, P. Bolton, and Y. Kato
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Journal Title
Springer Proceedings in Physics
Volume: 169
Pages: 3-10
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Evaluation of a flat-field grazing incidence spectrometer for highly charged ion plasma emission in soft x-ray spectral region from 1 to 10 nm2016
Author(s)
T. H. Dinh, Y. Kondo, T. Tamura, Y. Ono, H. Hara, H. Oikawa, Y. Yamamoto, M. Ishino, M. Nishikino, T. Makimura, P. Dunne, G. O’Sullivan, S. Ohta, K. Kitano, T. Ejima, T. Hatano, and T. Higashiguchi
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Journal Title
Review of Scientific Instruments
Volume: 87
Pages: 123106
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Observation of the Dependence on the Fluence and Materials in Femto-second Laser Ablation Process by Using the Soft x-ray Laser Probe2016
Author(s)
N. HASEGAWA, T. TOMITA, M. NISHIKINO, T. EYAMA, N. KAKIMOTO, Y. MINAMI, M. BABA, N. OHNISHI, A. M. ITO, T. KAWACHI, M. YAMAGIWA and T. SUEMOTO
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Journal Title
JAEA-Conf 2015
Volume: 2015-001
Pages: 17-20
Peer Reviewed
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[Journal Article] Avalanche of stimulated forward scattering in high harmonic generation2016
Author(s)
C. Serrat,, D.Roca, J. M. Budesca, J. Seres, E. Seres, B. Aurand, A. Hoffmann, S. Namba, T. Kuehl, and C. Spielmann
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Journal Title
Optics express
Volume: 24
Pages: 8028-8044
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Presentation] Observation of fs-laser spallative ablation by soft x-ray laser probe2017
Author(s)
Masaharu Nishikino, Noboru Hasegawa, Takuro Tomita, Yasuo Minami, Takashi Eyama, Naoya Kakimoto, Rui Izutsu, Motoyoshi Baba, Tetsuya Kawachi, and Tohru Suemoto
Organizer
SPIE Photonics west: Laser Applications in Microelectronic and Optoelectronic Manufacturing (LAMOM) XXII
Place of Presentation
San-fransisco(USA)
Year and Date
2017-01-30 – 2017-02-02
Int'l Joint Research / Invited
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[Presentation] Progress and Prospects of X-ray Laser Research in QST2016
Author(s)
M. Nishikino, N. Hasegawa, M. Ishino, T. Imazono, A. Sasaki, K. Mikami, D. Thanh-Hung, T. Suemoto, S. Namba, A. Ya. Faenov, T. Pikuz, S. Ichimaru, M. Hatayama, and T. Kawachi
Organizer
International Conference on X-ray Lasers 2016
Place of Presentation
奈良春日野国際フォーラム（奈良県奈良市）
Year and Date
2016-05-26
Int'l Joint Research / Invited
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[Presentation] The observation of transient thin film structures during the femto-second laser ablation process by using the soft x-ray laser probe2016
Author(s)
Noboru Hasegawa, Masaharu Nishikino, Masahiko Ishino, Naofumi Ohnishi, Atsushi M. Ito, Yasuo Minami, Motoyoshi Baba, Anatoly.Y. Faenov, N. Inogamov, Tetsuya Kawachi, Tohru Suemoto
Organizer
International Conference on X-ray Lasers 2016
Place of Presentation
奈良春日野国際フォーラム（奈良県奈良市）
Year and Date
2016-05-22 – 2016-05-27
Int'l Joint Research
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