EUVレーザーによるアブレーション基礎過程の解明とマスクフリー微細加工への展開

2010 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 21360364
• Research Institution: Japan Atomic Energy Agency
• Principal Investigator: 河内 哲哉 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 量子ビーム応用研究部門, 研究主幹 (40343941)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 石野 雅彦 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 量子ビーム応用研究部門, 研究職 (80360410) ; ファエノフ アナトーヤ 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 量子ビーム応用研究部門, リサーチフェロー (10469794) ; 長谷川 登 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 量子ビーム応用研究部門, 研究職 (50360409) ; 越智 義浩 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 量子ビーム応用研究部門, 研究副主幹 (20370372)
• Keywords: 材料加工、処理 / 量子ビーム / 高性能レーザー

Research Abstract

平成22年度は、前年度に設計・制作を行ったEUVレーザー干渉計を実際のEUVレーザー利用チャンバーへ設置し、EUVレーザーによる干渉露光に向けた試験を行った。具体的には、ビーム拡がり角を持つEUVレーザーを干渉計に導入するための球面鏡の設置位置および曲率半径を決定することにより、レジスト材に対するEUVレーザーの最適露光条件(フルエンス)を実現した。また、干渉縞のコントラストを最大にするための光量調整用のフィルターの選定を行った。
EUV光によるアブレーション基礎過程の解明に関しては、絶縁体(フッ化リチウム)をEUVレーザーで照射した際にアブレーション閾値が可視・紫外レーザーの場合よりも2-3桁小さくなる低くなる原因を明らかにするために、分子動力学と流体コードに基づく理論計算を行った。実験結果と計算結果との比較により、EUVレーザーを物質に照射する際に、EUVレーザーの吸収長が短いために物質の表層部分(深さ数10nm)の温度と圧力が急激に上昇し、その結果生じる表面方向と物質内部方向への圧縮応力波によって物質表面が破砕的にはぎ取られることを明らかにした。また、金属(アルミニウム等)をEUVレーザーで照射した際のアブレーション閾値よりも低い領域で表面に200-300nm程度の大きさの構造が生成することを見出した。この波長領域での自己組織化等の現象はこれまでに報告がなく、今後この現象の詳細な観察と原因の究明を行う予定である。
今年度の研究成果の一部は、Applied physics, Controlled plasma fusion research誌等の学術誌へ合計5本の論文と、X線レーザー国際会議等の国際会議における招待講演2件を含む合計9件の国内外の会議において発表した。

Research Products

• [Journal Article] Source development and novel applications of laser-driven plasma x-ray lasers in JAEA (2011)
  • Author(s): T.Kawachi, M.Kishimoto, M.Kado, Y.Ochi, N.Hasegawa, M.Tanaka, M.Nishikino, M.Ishino, T.Imazono, T.Ohba, T.Kaihori, M.Koike, K.Namikawa, T.Suemoto, K.Terakawa, T.Tomita, N.Sarukura, H.Nishimura, A.Faenov, S.Bulanov, A.Y.Faenov, T.Pikuz, H.Daido
  • Journal Title: X-ray lasers (Springer proceedings in physics) Volume: 136 Pages: 12-19
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Spallative Ablation of Metals and Dielectrics (2011)
  • Author(s): N.Inogamov, A.Faenov, V.Khokholov, V.Zhakhovskii, Y.Petrov, I.Skobelev, K.Nishihara, Y.Kato, M.Tanaka, T.Pikuz, M.Kishimoto, M.Ishino, M.Nishikino, Y.Fukuda, S.Bulanov, T.Kawachi, S.Anisimov, V.Fortov
  • Journal Title: Contribution of plasma physics Volume: 51 Pages: 361-366
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Nanoscale surface modifications and formation of conical structures at aluminum surface induced by single shot exposure of soft x-ray laser pulse (2010)
  • Author(s): M.Ishino, A.Ya.Faenov, M.Tanaka, N.Hasegawa, M.Nishikino, S.Tamotsu, T.A.Pikuz, N.A.Inogamov, V.V.Zhakhovsky, I.Yu.Skobelev, V.E.Fortov, V.A.Khohlov, V.V.Shepelev, T.Ohba, T.Kaihori, Y.Ochi, T.Imazono, T.Kawachi
  • Journal Title: J.Applied Physics Volume: 109 Pages: 13504-13509
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Spallative ablation of dielectrics by X-ray laser (2010)
  • Author(s): N.A.Inogamov, V.V.Zhakhovsky, A.Y.Faenov, V.A.Khokhlov, V.V.Shepelev, I.Y.Skobelev, Y.Kato, M.Tanaka, T.A.Pikuz, M.Kishimoto, M.Ishino, M.Nishikino, Y.Fukuda, S.V.Bulanov, T.Kawachi, Y.V.Petrov, S.I.Anisimov, V.E.Fortov
  • Journal Title: Applied Physics A Volume: 101 Pages: 87-96
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Metrology of Wide Field of View Nano-Thickness Foils' Homogeneity by Conventional and Phase Contrast Soft X-ray Imaging (2010)
  • Author(s): A.Faenov, T.Pikuz, Y.Fukuda, M.kando, H.Kotaki, T.Homma, K.Kawase, I Skobelev, S.Gasilov, T.Kawachi, H.Daido, T.Tajima, Y.Kato, S.Bulanov
  • Journal Title: Japanese J.Applied Physics Volume: 49 Pages: 06GK03(1-5)
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Novel applications using x-ray lasers (2011)
  • Author(s): M.Nishikino, et al.
  • Organizer: JSPS Asian Core Workshop on Next Generation Ultra Short Pulse Lasers for High Field and Ultrafast Science
  • Place of Presentation: 和光市(理研)(招待講演)
  • Year and Date: 2011-03-03
• [Presentation] Development and applications of plasma x-ray lasers in JAEA (2010)
  • Author(s): 錦野, 等
  • Organizer: 平成22年度レーザープラズマ粒子加速研究会
  • Place of Presentation: 浜松(光産業創成大学院大学)
  • Year and Date: 2010-12-06
• [Presentation] Source development and novel applications of laser-driven plasma x-ray lasers in JAEA (2010)
  • Author(s): M.Kado, et al.
  • Organizer: POEM 2010, Laser technology and applications
  • Place of Presentation: 中国、武漢(招待講演)
  • Year and Date: 2010-11-05
• [Presentation] Development and application of plasma x-ray lasers (2010)
  • Author(s): M.Nishikino, et al.
  • Organizer: The 6^<th> asian symposium on intense laser science
  • Place of Presentation: 中国、北京(口頭発表)
  • Year and Date: 2010-10-15
• [Presentation] EUVレーザーによる固体のアブレーションしきい値の観測 (2010)
  • Author(s): 河内, 等
  • Organizer: 第65回日本物理学会
  • Place of Presentation: 大阪(大阪市大)
  • Year and Date: 2010-09-23
• [Presentation] 軟X線レーザーを集光照射した金属表面の観察 (2010)
  • Author(s): 石野, 等
  • Organizer: 第71回応用物理学会学術講演会
  • Place of Presentation: 長崎(長崎大学)
  • Year and Date: 2010-09-19
• [Presentation] ピコ秒EUVレーザー照射による低アブレーションしきい値の観察 (2010)
  • Author(s): 河内, 等
  • Organizer: 第71回応用物理学会学術講演会
  • Place of Presentation: 長崎(長崎大学)
  • Year and Date: 2010-09-14
• [Presentation] Low threshold ablation of dielectrics irradiated by picoseconds soft x-ray laser pulse. Observation and modeling (2010)
  • Author(s): A.Faenov, et al.
  • Organizer: The 12^<th> international conference on x-ray lasers
  • Place of Presentation: 韓国、光州市(口頭発表)
  • Year and Date: 2010-06-02
• [Presentation] Source development and novel applications of laser-driven plasma x-ray lasers in JAEA (2010)
  • Author(s): T.Kawachi, et al.
  • Organizer: The 12^<th> international conference on x-ray lasers
  • Place of Presentation: 韓国、光州市(招待講演)
  • Year and Date: 2010-05-31