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

2017 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 16K04989
• Research Institution: National Institutes for Quantum and Radiological Science and Technology
• 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)
• 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, 工学研究科, 教授 (00343294)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: フェムト秒レーザー / アブレーション / 時間分解計測 / 軟Ｘ線レーザー / 軟Ｘ線顕微鏡

Outline of Annual Research Achievements

平成29年度は、軟Ｘ線レーザーをプローブ光とする干渉顕微鏡により、フェムト秒レーザーアブレーションダイナミクスの観測を複数の金属サンプルについて行った。
サンプル上でガウス分布の照射強度を有するフェムト秒レーザーを照射したサンプル表面の形状の変化を時間空間分解計測することで、アブレーションダイナミクスの照射強度に対する依存性を観測した。
その結果、照射強度が特定の条件の場合に、アブレーションが特異的に早く進行する現象の観測に成功した。通常のアブレーションではレーザーによりエネルギーを与えられた原子が熱的に移動するために必要な時間スケール（数十から数百ピコ秒）で形状が変化するが、本現象ではそれよりも早く表面の破砕が行われている。しかも、本現象は最終的にクレーターの縁が形成される領域近傍もしくはその外側、つまりアブレーション閾値もしくはそれ以下の照射強度において観測されている。これは、照射強度が低いにも関わらず照射強度が高い領域よりもアブレーションが早く進行する条件が存在することを示している。本現象は複数の材質において観測されていることから、レーザーの照射条件を制御することにより、効率の高いアブレーションの実現が期待される。加えて、本現象はアブレーションメカニズムが照射強度に対して不連続に変化することを示しており、シミュレーションとの比較を行うことでアブレーションメカニズムの解明が期待される。

Current Status of Research Progress

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

Reason

平成29年度は、軟Ｘ線干渉顕微鏡により、フェムト秒レーザーアブレーション過程における特異的な照射強度依存性の観測に成功しており、おおむね順調に進行している。

Strategy for Future Research Activity

軟Ｘ線干渉顕微鏡の改良をすることで、今までに観測が不可能であった半導体等のアブレーション現象の観測を行う。

Causes of Carryover

軟Ｘ線干渉顕微鏡の仕様・設計を見直すことにより、高額な物品の購入を必要とせずに改良を行うことが可能となったため。

Research Products

• [Journal Article] The Observation of Transient Thin Film Structures During the Femto-Second Laser Ablation Process by Using the Soft X-Ray Laser Probe (2018)
  • Author(s): Hasegawa N.、Nishikino M.、Ishino M.、Ohnishi N.、Ito A. M.、Minami Y.、Baba M.、Faenov A. Ya.、Inogamov N.、Kawachi T.、Kondo K.、Suemoto T.
  • Journal Title: Proceedings of the 15th International Conference on X-Ray Lasers Volume: 202 Pages: 273～277
  • DOI: 10.1007/978-3-319-73025-7_40
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Ultra-intense X-Ray Radiation Photopumping of Exotic States of Matter by Relativistic Laser Plasma in the Radiation-Dominated Kinetic Regime (RDKR) (2018)
  • Author(s): A. Ya. Faenov, Noboru Hasegawa, Masaharu Nishikino, et al.
  • Journal Title: Proceedings of the 15th International Conference on X-Ray Lasers Volume: 202 Pages: 149～158
  • DOI: 10.1007/978-3-319-73025-7_23
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] High-Order Harmonic Generation by Relativistic Plasma Singularities: The Driving Laser Requirements (2018)
  • Author(s): Pirozhkov A. S.、Esirkepov T. Zh.、Pikuz T. A.、Faenov A. Ya.、Ogura K.、Hayashi Y.、Kotaki H.、Ragozin E. N.、Neely D.、Kiriyama H.、Koga J. K.、Fukuda Y.、Sagisaka A.、Nishikino M.、Imazono T.、Hasegawa N.、Kawachi T.、Daido H.、Kato Y.、Bulanov S. V.、Kondo K.、Kando M.
  • Journal Title: Proceedings of the 15th International Conference on X-Ray Lasers Volume: 202 Pages: 85～92
  • DOI: DOI:10.1007/978-3-319-73025-7_13
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Analysis of Reflection Signal from EUV Multilayer Mirror for Irradiation-Induced Damage Study (2018)
  • Author(s): Ishino M.、Ichimaru S.、Hatayama M.、Hasegawa N.、Oku S.、Nishikino M.
  • Journal Title: Proceedings of the 15th International Conference on X-Ray Lasers Volume: 202 Pages: 315～319
  • DOI: DOI:10.1007/978-3-319-73025-7_47
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Progress and Prospects of X-Ray Laser Research in QST (2018)
  • Author(s): Nishikino M.、Hasegawa N.、Ishino M.、Imazono T.、Sasaki A.、Mikami K.、Dinh T. -H.、Suemoto T.、Namba S.、Faenov A. Ya.、Pikuz T. A.、Ichimaru S.、Hatayama M.、Kawachi T.
  • Journal Title: Proceedings of the 15th International Conference on X-Ray Lasers Volume: 202 Pages: 21～24
  • DOI: DOI:10.1007/978-3-319-73025-7_3
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Irradiation Damage Test of Mo/Si, Ru/Si and Nb/Si Multilayers Using the Soft X-Ray Laser Built at QST (2018)
  • Author(s): Ichimaru S.、Ishino M.、Nishikino M.、Hatayama M.、Hasegawa N.、Kawachi T.、Maruyama T.、Inokuma K.、Zenba M.、Oku S.
  • Journal Title: Proceedings of the 15th International Conference on X-Ray Lasers Volume: 202 Pages: 303～308
  • DOI: DOI:10.1007/978-3-319-73025-7_45
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Development of Time-Resolved Small-Angle X-Ray Scattering System Using Soft X-Ray Laser (2018)
  • Author(s): Kumada T.、Hasegawa N.、Nishikino M.、Otobe T.、Motokawa R.、Suemoto T.
  • Journal Title: Proceedings of the 15th International Conference on X-Ray Lasers Volume: 202 Pages: 401～404
  • DOI: DOI:10.1007/978-3-319-73025-7_60
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Investigation of Surface Excitation Effect for Ablation of 4H-SiC Substrate Using Double-Pulse Beam (2018)
  • Author(s): Matsunaga K.、Hayashi T.、Kurokawa S.、Yokoo H.、Hasegawa N.、Nishikino M.、Kumada T.、Otobe T.、Matsukawa Y.、Takaya Y.
  • Journal Title: Proceedings of the 15th International Conference on X-Ray Lasers Volume: 202 Pages: 321～326
  • DOI: DOI:10.1007/978-3-319-73025-7_48
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Laser-Induced Damage on Silica Glasses by Irradiation of Soft X-Ray Laser Pulse (2018)
  • Author(s): Mikami K.、Ishino M.、Dinh T.- H.、Yamamoto Y.、Hasegawa N.、Nishikino M.、Kawachi T.、Motokoshi S.、Jitsuno T.
  • Journal Title: Proceedings of the 15th International Conference on X-Ray Lasers Volume: 202 Pages: 333～337
  • DOI: DOI:10.1007/978-3-319-73025-7_50
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Development of a High Repetition Rate and High Pulse Energy Nd:YAG MOPA Laser System (2018)
  • Author(s): Mikami K.、Hasegawa N.、Okada H.、Kondo S.、Nishikino M.、Kawachi T.
  • Journal Title: Proceedings of the 15th International Conference on X-Ray Lasers Volume: 202 Pages: 405～408
  • DOI: DOI:10.1007/978-3-319-73025-7_61
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Demonstration of 25-Hz-inspection-speed laser remote sensing for internal concrete defects (2018)
  • Author(s): Kurahashi Shinri、Mikami Katsuhiro、Kitamura Toshiyuki、Hasegawa Noboru、Okada Hajime、Kondo Shuji、Nishikino Masaharu、Kawachi Tetsuya、Shimada Yoshinori
  • Journal Title: Journal of Applied Remote Sensing Volume: 12 Pages: 1～1
  • DOI: DOI:10.1117/1.JRS.12.015009
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Burst intensification by singularity emitting radiation in multi-stream flows (2017)
  • Author(s): Pirozhkov A. S.、Esirkepov T. Zh.、Pikuz T. A.、Faenov A. Ya.、Ogura K.、Hayashi Y.、Kotaki H.、Ragozin E. N.、Neely D.、Kiriyama H.、Koga J. K.、Fukuda Y.、Sagisaka A.、Nishikino M.、Imazono T.、Hasegawa N.、Kawachi T.、Bolton P. R.、Daido H.、Kato Y.、Kondo K.、Bulanov S. V.、Kando M.
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 7 Pages: 17968-1 - 10
  • DOI: DOI:10.1038/s41598-017-17498-5
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Experimental characterization of concrete removal by high-power quasicontinuous wave fiber laser irradiation (2017)
  • Author(s): Long Nguyen Phi、Daido Hiroyuki、Yamada Tomonori、Nishimura Akihiko、Hasegawa Noboru、Kawachi Tetsuya
  • Journal Title: Journal of Laser Applications Volume: 29 Pages: 041501～041501
  • DOI: DOI:10.2351/1.5008326
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Flash-lamp-pumped 4 J, 50 Hz Nd:YAG nanosecond laser system for mobile and transportable equipment (2017)
  • Author(s): Mikami Katsuhiro、Hasegawa Noboru、Okada Hajime、Kondo Shuji、Nishikino Masaharu、Kawachi Tetsuya
  • Journal Title: Japanese Journal of Applied Physics Volume: 56 Pages: 082701～082701
  • DOI: DOI:10.7567/JJAP.56.082701
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Study of the laser ablation process of metals and dielectrics using the soft x-ray lasers in QST (2018)
  • Author(s): Noboru Hasegawa, Masaharu Nishikino, Thanhhung Dinh, Masahiko Ishino
  • Organizer: World Congress of Smart Materials 2018
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] リチウム様アルミイオンにおける再結合型軟X線レーザーの発生 (2018)
  • Author(s): 難波愼一，久保暢明，佐藤祐太，長谷川登，岸本牧，錦野将元
  • Organizer: レーザー学会年会
• [Presentation] EUV-FEL リソグラフィに向けた SXFELと多層膜鏡とレジスト材料の相互作用に関する研究 (2018)
  • Author(s): 錦野将元
  • Organizer: EUV-FEL光源産業化研究会 第７回全体会議
  • Invited
• [Presentation] Soft x-ray laser ablation of metals and dielectrics (2017)
  • Author(s): 石野 雅彦, Anatoly Y. Faenov（阪大）, Tatiana A. Pikuz（阪大）, 長谷川 登, 錦野 将元, 神門 正城, 兒玉 了祐（阪大）, 河内 哲哉
  • Organizer: SPIE Optics + Optoelectronics 2017
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] パラメトリック増幅高調波を用いたフルコヒーレントプラズマX線レーザーの開発 (2017)
  • Author(s): 難波愼一，Dinh Thanh Hung, 長谷川登，岸本牧，錦野将元, Jozsef Seres, Carles Serrat
  • Organizer: Plasma2017
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] EUV微細加工技術に向けたSXFELと物質・材料の相互作用に関する研究 (2017)
  • Author(s): 錦野将元
  • Organizer: 第２回EUV-FELワークショップ
  • Invited
• [Presentation] Observation of fs-laser spallative ablation by soft x-ray laser probe (2017)
  • Author(s): M. Nishikino, N. Hasegawa, N. Ohnishi, A. M. Ito, Y. Minami, N. A. Inogamov, V. Zakhovskii, A. Ya. Faenov, T. Suemoto, and T. Kawachi
  • Organizer: SPIE Photonic west, Laser Applications in Microelectronic and Optoelectronic Manufacturing (LAMOM) XXII
  • Int'l Joint Research / Invited