ISSN 0914-9805

2004,Oct.

199

No.

CONTENTS〜次世代リソグラフィーの光源として注目〜『光と蔭』
International Workshop
on Lasers & Nuclei〜次世代リソグラフィーの光源として注目〜
レーザービーム伝送チーム

島田義則

験結果には、プラズマ膨張損失、横方向に拡散する熱の損失、レーザープラズマからの高強度放射光は幅広い応用が期待さ

低イオン化の錫原子によるEUVの吸収等の影響が含まれ、れている。その中で、極端紫外(EUV)の研究が次世代リソグラ

レーザーからEUVへの変換効率を低下させる要因であったとフィーの光源として注目されている。次世代リソグラフィーの考えられる。これらの影響を最小限に抑えるために激光XII号

光源として必要なEUVパワーは、100W以上（波長13.5nm、２レーザーで、錫球を球対称に照射することにより擬似的に1次％バンド幅）であり、これを満足させるためには高効率の光源

元プラズマを生成させ、レーザーからEUV光への高変換効率が不可欠である。の達成、EUV光のレーザー強度依存性の把握、１次元シミュ

EUV光源にはレーザープラズマ方式と放電プラズマ方式とレーションとの比較を目的として実験を行った。

がある。レーザープラズマ方式はプラズマ密度が高く、点光源のプラズマが生成できる利点を持つため、高効率のEUV光源透過型回折格子分光計測装置を用いて錫球プラズマから放出として期待できる（レーザークロスNo.150）。レーザープラズされるEUVスペクトルを計測した。ターゲットは直径700μｍ

マ方式は世界各国で研究が行われてきた。今までの実験は、１から750μｍのプラスチックに錫を1μｍコートした球状ターＪクラスのレーザーであったため、プラズマスケール長より小ゲットを使用した。レーザーパルス幅は1.2nsで、レーザーエさなレーザースポットサイズで実験が行われた。そのため、実ネルギーを変化させることにより、ターゲット表面でのレー5ザー強度を2×1010W/cm2から1×1012W/cm2まで変化させた。
図１に波長分解スペクトルを示す。低レーザー強度（図１(a)）
では13.5nm付近のみの放射であるが、レーザー強度を増加させると13.5nm付近の放射量の増加とともに、1-2.5nm、4-板を小さなスポット径で照射した場合の変換効率は１〜2.5％8nmの放射が現れる（図１(b),(c)）
。

程度）。照射したレーザー強度が最適レーザー強度よりも高い

これらのピークがどの遷移から放出されているかを同定する

場合には錫のイオン化が進み、短波長の放射が支配的となり、ために計算機シミュレーションの結果と比較を行った。図２に

結果的に12-17nmの放射が相対的に低下し、変換効率は低下す

各遷移間のX線強度の電子温度依存性を示す。レーザー強度をる。他方、低レーザー強度ではレーザーの吸収効率の低下、そ変化させるとプラズマの電子温度が変化する。電子温度の違い

れによりイオン化が十分に進まないために変換効率は低下す

により錫のイオン価数が違うために放射される波長が異なる。

る。

100eVを超えると、波長1-2.5nmの放射が支配的で、電子温度が下がると錫イオン価数は変化し、放射される波長が長くな球状錫ターゲットを照射することにより、１次元プラズマにる。約40-200eVでは主量子数が５から４に遷移する際に放出近い条件を作りだし、変換効率を３％まで高めることに成功しされる波長4-8nmの放射が支配的で、電子温度が20-40eVではた。この成果はEUV光源開発に立ふさがる障壁を大きく低下方位量子数のみが変化する4d-4f遷移が支配的となり、12-17nmさせるものと期待している。

を放射する結果を得た。

今後は、さらに変換効率を向上させるためにレーザーパラメーターの最適化（レーザー波長、パルス幅）を行う。また、プ

上述の波長1-2.5nm、4-8nmおよび12-17nmの放射が、どのタラズマ密度計測、温度計測、デブリ観測およびその対策の研究

イミングで放射されているかストリークカメラを用いても重要であり、上述と平行して研究を進める。本研究は、文科13.5nm付近のEUV光の時間発展を計測した。結果を図３に示省リーディングプロジェクト「極端紫外(EUV）光源開発等の先す。低レーザー強度（1.2×1011W/cm2）では、レーザーパルス進半導体製造技術の実用化」のもと、大阪大学レーザーエネルに沿ってEUV光は放射される。しかし、高強度になるとEUVギー学研究センターと共同で実施した。

光のピーク位置は時間的に遅れる。この現象は上述のX線放射の電子温度依存性により説明できる。レーザー強度が高いときには錫イオン価数が大きくなり（22価以上）、1-2.5nm、4-8nmの放射が支配的である。その後、電子温度が低下し、再結合等によりイオン価数が８から13となると、12-17nmの放射が開始される。このため時間的に遅れる。
図４にレーザー強度を変化させた場合のレーザーからEUV光への変換効率を示す。レーザー強度を0.5-1x1011W/cm2にした場合もっとも効率がよく、世界最高値の３％を示した。
（平2会議参加報告International Workshop on Lasers & Nuclei:Applications of Ultra-high Intensity Lasers in Nuclear Science
Gartensaal, Karlsruhe Schloß, Karlsruhe, 13th-15th Sept. 2004
レーザーエネルギー研究チーム

今崎一夫

標記会議に参加した。開催日時は９月13〜15日で、開催場

主催はInstitute for Transuranium Elements（ITU）である。EC所はドイツ・カールスルーエ（Karlsruhe）、参加者はヨーロッの研究機関としてKarlsruheにある。これはEC全体で７カ所あパ（ドイツ、フランス、イギリス、オランダ、スウェーデン、り、所在地もスペイン、ベルギー、イタリア等である。ITUルクセンブルク、ベルギー、スイス、チェコ）を中心にアメリは、40年前に設立されたTRUに特化した研究所である。ドイカ、日本、南アフリカ、イスラエルから、参加人数は参加者リ

ツからは独立でECの政策のもとに動いている。

ストによると51名である。
レーザーを使った核変換物理の研究をJeanやRALの装置を使……98

レーザー核融合のパイオニアと題する本を作ろうとマドリッド工科大学核融合研究所（DENIM）の所長Guillermo Velardeから相談を持ちかけられたのは2002年の秋であった。そこで検討を加えクリスマス前にしかるべしと思う執筆者候補のリストを送った。長らく親交のあった仏の
A. Dautray、米のJ. Nuckolls、J. Emmett、R. Kidder、W. McCrory、K. Boyer、S. Bodner、G. Yonas、N. Basovが亡くなったのでロシアのO. Krokhin、V. P. Smirnov、英のM. Key、独のG. Witkowsky、R. Sigel、R. Bock、伊のA. Carsoなどを推薦した。すでに引退した人もあり、連絡するのに難しい面もあったが、Velardeはねばり強く働きかけてくれた。
さて、内容をどうしようかと言うのでいろいろと相談にのり、やりとりの末ガイドラインとして(1) なぜＩＣＦ研究を始めたか？
(2) 手始めステップと問題点のいろいろ(3) あなたの寄与と成果、とくに未公開のエピソード(4) 将来展望への意見ときまった。ところで原稿の〆切を2004年の6月としたが原稿はまだ半分位しか集まっていない。10月末まで日延べをした次第である。
Velardeは出版社をいろいろ当たったらしいが、適当な所がなくどこから出版するのがよいかと問い合わせてきた。
先日、H. HoraとG. MileyがEdward Teller賞の受賞記念講演を本にするのにWorld Scientific and Imperial College
Pressを使い、私に推薦のための評論を求めてきたのでその関係で同社の編集者S. Chongを紹介した。幸いここが引き受けてくれることになり、原稿の集まりを待つばかりである。推薦文を伏見康治先生にお願いしている。
私の担当分の英文のブラッシュアップは溝口薫、原稿の整理に片岡紀子の助力が大であった。
「レーザー核融合のパイオニア物語」と題してOELキャンペーンのメールで逐次紹介したいと思っている。ご関心の方は下記までご連絡下さい。campaign@optolab.co.jp【（財）
レーザー技術総合研究所 研究所長】
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い研究している。また、UやThの核分裂をレーザーで引き起こ外にも医用応用に関しては合計で４件程度があった。

している。
核変換に関してはTransmutation of nuclear wasteという題名で発表件数は口頭22件、ポスター12件であった。レーザー核Bowman (ADNA, USA)から発表があった。かれは陽子ビーム物理関連は14件、超高強度レーザー関連は５件でこれが大半を用いた核変換を中心にして考える。問題は中性子の絶対量。

を占める。レーザー核物理という新しいジャンルの確立を目指要するに量が足らない。そのため核融合の利用をいい出した。

した研究会で、超高強度レーザーの開発、これによる高速粒子核融合は反応数を多くとれるので中性子の絶対量が多い。の発生とその物理的な特性、応用についてであった。

続いてHigh brightness gamma sources for nuclear transmutationという題名で今崎が発表した。Bowmanとかなり突っ込んだ議

内容の主なものを数件あげる。Lasers and Nucleiという題名論になる。原子炉でできる量と変換できる量のバランスが必でC. Rhodes (Uni. Chicago)から発表があった。歴史的にはシカ要。スポレーションで発生量（中性子）が増えても絶対量は足ら

ゴ大学のグループがレーザー励起核分裂を最初に研究−観測しない。γ線光子数をどこまで増やせるかが課題である。

た。人類が火から始まって化学エネルギーを使い核エネルギー

とくにECには145台の原子炉があり、そこから23,000トンのに至った。今後ともこの方向でいくだろうという主旨。その廃棄物が出てくる。本格的にこれを処理するのは核変換の新方レーザー励起核分裂研究の推進者は元LASLのボイヤーである式がいる。主催したITUのMagillらはまじめにこれに向き合っという。炭酸ガスレーザーで高速電子が出るのを逆手に使ったて考えているようでとにかく新しい方式を考案しないといけな発想である。

いということは同感である。

Laser acceleration of particlesに関連した発表は多い。LULI

またFrench Megajoule Projectの題名でD. Besnard (CEA,(Paris)、RAL(UK)、などから強力なレーザーでプラズマを作りFrance)より発表があったが、軍事応用に限られているので詳これで電子や陽子を加速する。特にガスジェットでプラズマしく発表できないようである。高密度物理が重点事項となってチャンネルを作る報告が多くあった。超高強度レーザーでレーいる。2011年に完成の予定。240ビーム。

ザー核物理の新しい分野を開くとの意気込みが感じられた。γ

Beyond PWということでOPCPAの可能性の議論を展開する

バーストや核の蒸発、NEET、核分裂などの研究に応用したい発表が３件あった。EWにいつ到達できるか？ PWはCLOSEとのこと。この辺りは欧州連合の強いところだ。いろいろの分という機運があった。

野の研究者が協力し合える。
最終日にはITU の見学があった。部屋を移るたびに放射線検
またAcceleration of Forbidden Beta Decayという発表では外部査があり手を突っ込んで検査。これでかなりの時間を消費すから強い電界をかけて長寿命核の崩壊を促進する。核変換が効る。MAを扱う大変さを実感させられた。規模は小さかったが率よくできる可能性があり、理論研究はなされてきたがまだう大変充実したワークショップ（WS）であった。

まくいっていない。

Fast ignition of fusion targetsという題でP. A. Norreys (RAL,UK)が発表した。大阪の研究の引用が多い。これだけ宣伝してくれたのは共同研究の成果である。

Medical isotope production by laserという題名でPET用の同位体核をレーザーで作る研究報告がW. Pilloy (Luxembourg)よりあった。作るプロセスよりむしろこの核生成のコストや供給体制。１時間程度以内で病院に提供することが必要でありそのためのEC内での生成個所の配置。また遮蔽設備まで入れた加速器生成の場合とのコストの比較。かなり現実的である。これ以Laser Cross No.199 2004,Oct.

http://www.ilt.or.jp

発行／財団法人レーザー技術総合研究所 編集者代表／今崎一夫 〒550-0004 大阪市西区靱本町1-8-4 大阪科学技術センタービル 4F TEL(06)6443-6311 FAX(06)6443-6313

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