超短パルスX線レーザーを用いた次世代超微細加工技術の開発

2020 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 19K15402
• 研究機関: 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構
• 研究代表者: 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(定常) (20744808)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: 超微細加工 / 超短パルスX線レーザー

研究実績の概要

本研究では超短パルス高強度X線を用いた微細加工の試験を行い，加工物理モデルの構築を実施してきた．
初年度に続き，日本のX線自由電子レーザー施設SACLA(BL1)で，軟X線領域（波長:数~数十メートル）の超短パルス光を放出する自由電子レーザー(FEL)を用いて，半導体材料のシリコン（Si）の加工試験を行い，さらに，X線領域の光の吸収による原子と電子の振る舞いを組み込んだ分子動力学計算コードXTANT（X-ray-induced Thermal And Non-thermal Transitions）を用いた理論解析結果と比較した．その結果，材料の吸収が多い軟X線領域の光を利用する場合，加工痕における熱の影響が非常に少ないことが確認でき，非熱加工と呼ばれる綺麗な除去加工を実現できる可能性を示した．また，XTANTを用いて予測した加工閾値（加工に必要最小限の面積あたりのレーザーエネルギー）は，吸収が少ない軟X線領域では実験で得られた結果との差が小さい一方，吸収が多い領域では，実験値がより大きく，その差が開いた結果となる．この結果から，加工物理モデルの構築においてはXTANTコードのさらなる高度化が必須と考えられる．
一方で，FELの代替光源として，プラズマ軟X線レーザー(XPL)・高次高調波発生(HHG)の小型光源がある．これらの光源技術を用いて，加工試験を実施した．高分子材料などの加工閾値が比較的低い材料に対しては加工痕が確認できたが，Siなど加工閾値が比較的高い材料に対しては　加工痕が確認できなかった．今後，汎用性が高い超微細レーザー加工システムを構築するためには高出力・小型X線レーザーの開発が必須である．

研究成果

• [雑誌論文] Dependence of dose rate on the sensitivity of the resist under ultra-high flux extreme ultraviolet (EUV) pulse irradiation (2021)
  • 著者名/発表者名: Okamoto Kazumasa, Kawai Shunpei, Ikari Yuta, Hori Shigeo, Konda Akihiro, Ueno Koki, Arai Yohei, Ishino Masahiko, Thanhhung Dinh, Nishikino Masaharu, Kon Akira, Owada Shigeki, Inubushi Yuichi, Kinoshita Hiroo, Kozawa Takahiro
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: 14 ページ: 066502
  • DOI: 10.35848/1882-0786/abfca3
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Calibration of a CCD-Based Energy Monitor for High Power Soft x-ray Lasers (2020)
  • 著者名/発表者名: Thanh-Hung Dinh, Masahiko Ishino, Masaharu Nishikino, Takeshi Higashiguchi, Tadashi Hatano
  • 雑誌名: Photon Factory Activity Report 2019 巻: 37 ページ: -
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] Ablation threshold and crater morphology of amorphous and crystalline SiO2 glass for extreme ultraviolet femtosecond pulses (2020)
  • 著者名/発表者名: Tatsunori Shibuya, Kazuyuki Sakaue, Hiroshi Ogawa , Thanhhung Dinh, Daisuke Satoh, Eichi Terasawa, Masakazu Washio, Masahito Tanaka, Takeshi Higashiguchi, Masahiko Ishino, Yuya Kubota, Yuichi Inubushi, Shigeki Owada, Masaharu Nishikino, Yohei Kobayashi, Ryunosuke Kuroda
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 59 ページ: 122004
  • DOI: 10.35848/1347-4065/abc85a
  • 査読あり
• [雑誌論文] Parametric attosecond pulse amplification far from the ionization threshold from high order harmonic generation in He+ (2020)
  • 著者名/発表者名: Carles Serrat, Jozsef Seres, E. Seres, Thanh-Hung Dinh, Noboru Hasegawa, Masaharu Nishikino, Shinichi Namba
  • 雑誌名: Optics Express 巻: 28 ページ: 24243～24252
  • DOI: 10.1364/OE.398595
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Surface processing of PMMA and metal nano-particle resist by sub-micrometer focusing of coherent extreme ultraviolet high-order harmonics pulses (2020)
  • 著者名/発表者名: Kazuyuki Sakaue, Hiroto Motoyama, Ryosuke Hayashi, Atsushi Iwasaki, Hidekazu Mimura, Kaoru Yamanochi, Tatsunori Shibuya, Masahiko Ishino, Thanhhung Dinh, Hiroshi Ogawa, Takeshi Higashiguchi, Masaharu Nishikino, Ryunosuke Kuroda
  • 雑誌名: Optics Letters 巻: 45 ページ: 2926～2929
  • DOI: 10.1364/OL.392695
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] フェムト秒極端紫外線レーザーによる自己組織微細構造体の形成に関する研究 (2021)
  • 著者名/発表者名: Thanh-Hung Dinh, Masahiko Ishino, Toshiki Kitamura, Yoshiteru Yonetani, Noboru Hasegawa, Masaharu Nishikino
  • 学会等名: 一般社団法人レーザー学会学術講演会第41回年次大会
• [学会発表] Self-organization of nano-structures induced by an intense pulse of femtosecond EUV laser (2021)
  • 著者名/発表者名: Thanh-Hung Dinh, Masahiko Ishino, Yoshiteru Yonetani, Toshiki Kitamura, Noboru Hasegawa, Masaharu Nishikino
  • 学会等名: 研究会「光の軌道角運動量の発生機構と物質相互作用の理解」
• [学会発表] Formation of self-organized periodic nano-structures by an intense pulse of femtosecond EUV laser (2020)
  • 著者名/発表者名: Thanh-Hung Dinh, Masahiko Ishino, Yoshiteru Yonetani, Toshiki Kitamura, Noboru Hasegawa, Masaharu Nishikino
  • 学会等名: International Conference on X-Ray Lasers 2020 (ICXRL 2020)
  • 国際学会
• [学会発表] Yuji Hosaka, Hiroki Yamamoto, Masahiko Ishino, Thanh-Hung Dinh, Masaharu Nishikino, Yasunari Maekawa (2020)
  • 著者名/発表者名: Study on irradiation effects by femtosecond-pulsed extreme ultraviolet in main-chain scission resist
  • 学会等名: 33rd International Microprocesses and Nanotechnology Conference (MNC 2020)
  • 国際学会