2021 Fiscal Year Annual Research Report
Development of advanced plasma soft x-ray laser and next generation nano-processing technology
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21H03750
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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, 関西光科学研究所 光量子科学研究部, 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, 関西光科学研究所 光量子科学研究部, 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, 量子ビーム科学部門, 研究統括 (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, 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, 関西光科学研究所 光量子科学研究部, 主幹研究員 (80399419)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | X線・EUV超微細加工 / プラズマX線レーザー / EUV高次高調波発生 / 高強度レーザー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，X線領域の高強度・超短パルスレーザー光の照射により固体物質に生じる高温・高密度な電子の局在を利用し，超微細構造を直接加工・造形する技術の開発を行う．そのために，設定した2つの具体的な課題【高機能光源開発】と【加工物理モデル構築】をFY2021から同時に開始し実施した．以下に具体的な研究内容と成果を記す．
【高機能光源開発】では，プラズマX線レーザーの励起源として，繰返し周波数10Hz，30TW級のチタンサファイアレーザーシステム（プラットホームレーザー）の構築を進めた．プラットホームレーザー装置ではダブルCPA方式を採用し，2段目CPAの前置増幅器までは繰返し周波数100Hz，出力~40mJまで達成した．主増幅器では励起レーザーのQスイッチYAGレーザーの繰返し周波数に合わせた10Hzで動作し，出力~1.3Jまで増幅できる見込みである．プラズマX線レーザーのシード光として，波長13.5 nm付近の極端紫外（EUV）高次高調波（HHG）を高品質に発生させることに成功した．この結果についてオーストリア，スペインの研究協力者と議論して，次年度前半までに著名な雑誌に論文を投稿することに合意した．
【加工理物モデル構築】では，開発しているEUV-HHGを用いて加工・造形装置の構築を開始した．また，加工試験を実施するために，EUVの集光系に球面鏡とトロイダル鏡を用いた．射入射角~８°で曲率半径R=500mmの球面鏡によるEUV-HHGを集光したライン幅は２μm以下を達成した．さらに，このEUV加工・造形装置を用いて，レジスト材料の感度評価試験を実施した．この成果は，EUVリソグラフィーに用いる次世代レジスト材料の開発に寄与するものである．
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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
FY2021では，新型コロナウイルス感染症の影響により，実験の資材の入手難や納期遅延などが発生したが，全体の研究計画を見直して，次年度で実施予定である装置設計・構築や数値解析などの項目を前倒しに実施したため，研究目的の達成に支障がないと判断した．それ以外の研究開発は当初の計画通り順調に進んでおり，論文投稿に値するデータが出始めている．
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| Strategy for Future Research Activity |
産業用超微細加工・造形装置の開発には，高い生産性の実現が必要不可欠である．そのため，加工用レーザー光源の高出力化・高機能化が強く要求される．本研究では，加工用光源がプラズマX線レーザーである．【高機能光源開発】では，プラズマX線レーザーのより高い出力を得るために，励起源であるプラットホームレーザーの出力増強と性能向上が必要となる．また，より質の高いビームを得るには，高品質なシード光を発生させることが必須である．次年度ではこれらの高度化に向けた準備、並びに高度化開発をさらに加速させる．
【加工理物モデルの構築】では，今後の応用展開を見据え，小型X線・EUVレーザーによる微細加工造形技術の開発が必須である．このようなX線・EUVレーザーを高い出力が比較的に得られやすい可視・赤外域のレーザーと組み合わせて利用できれば，生産性の高い微細加工・造形装置の実用はより現実に近づける．本研究では，EUV・IRレーザー2色照射方式による微細加工・造形装置を構築すると同時に，その加工の物理機構の解明を進める．
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