成果報告書詳細
管理番号20130000000116
タイトル平成23年度-平成24年度成果報告書 省エネルギー革新技術開発事業 実用化開発 EUV光源用パルスCO2レーザ高効率増幅システムの研究開発
公開日2013/5/11
報告書年度2011 - 2012
委託先名三菱電機株式会社 ギガフォトン株式会社
プロジェクト番号P09015
部署名省エネルギー部
和文要約本研究開発以前のEUV光源用パルスCO2レーザー増幅システム開発においては、主として高速軸流型と呼ばれるCO2レーザー装置が用いられているが、増幅効率が低いために消費電力が過大になる、構造が複雑なために安定動作が得難いなどの課題があった。これに対して本研究開発においては、増幅効率が高く低消費電力であるとともに構造が簡素で安定性に優れるという特長を有する三軸直交型CO2レーザーを用いたEUV光源用パルスCO2レーザ増幅システムの開発を実施した。また、EUVリソグラフィー実用化の為には、上記発生させたレーザーを適切にターゲットに集光照射するための高出力集光ビーム評価技術が必要になる。以下に課題ごとの成果をまとめる。
研究開発項目1):高強度CO2レーザー増幅システムの研究開発
ギガフォトンにて開発したマルチラインオシレータと、三菱電機株式会社にて開発した放電励起ユニット4台とアイソレータを組み合わせ、高効率・高出力のパルスCO2レーザ増幅システムを構築した。基本放電励起ユニット4台連結とマルチラインオシレータと組み合わせた増幅評価試験において、26.6kW(マルチライン動作換算)を確認した。シングルライン増幅モード出力では23kW(実測)を確認した。すなわちパルスCO2レーザー増幅システムを構築し、市場要求でありかつ本研究開発課題における目標である増幅出力25kW(マルチライン換算)を達成し、25kW級のパルスCO2レーザー増幅システムの実用化に必要となる要素技術を確立した。なお、このデータは2012年度末時点では世界最高レベルの成果である。
開発の過程で、増幅特性を計算するシミュレーションコードを開発し、増幅システムでの出力の理論的な予測を行った。またギガフォトンで保有のレーザ増幅システムにてアイソレータの検討を行い、自励発振の低減に成功した。さらに本結果を三菱電機増幅器での増幅試験実施時に反映させ、評価を実施した。将来の高出力化に向けて新形状、新材料による高出力アイソレータ実現可能性をシミュレーションにて確認し、製作、評価を実施中である。
研究開発項目2):高出力集光ビーム評価装置の研究開発
(1):電子ビーム収束装置、電子ビーム評価装置の開発、構築(委託先:早稲田大学 )
レーザーコンプトン散乱法による高強度レーザーの集光点直接評価を可能にするための
電子ビーム収束装置を設計、製作、評価を実施した。目標仕様とする収束径10um (@4.5MeV, 100pC)に対し、収束径30um(@4.5MeV, 100pC )の電子ビーム生成を確認した。今後、装置の調整により収束径10um以下を確認する予定である。
(2):疑似高強度CO2レーザー光としての光蓄積装置開発(委託先:早稲田大学 )レーザーコンプトン散乱方式開発の為の試験用高強度CO2レーザー装置として、本開発を実施した。
増大率50倍の光蓄積共振器を設計、製作、実証した。今後、ハイパワー化と短パルス化を並行して実施していく予定である。
(3):ガスブレークダウン方式による集光点評価装置の開発
集光点位置でアルゴンガスのブレークダウンを発生させ、そのプラズマから発生する可視光計測による3次元集光点プロファイル計測装置を開発した。100KHzでのプラズマ発生を確認し、集光点径計測値の理論値との比較を実施し有用性を確認した。今後集光点径を変化させ、計測径のリニアリティ確認を行う予定である。
英文要約Title : Development of High efficient amplifier system of pulse CO2 laser for EUV light source.
As a candidate of the next generation semiconductor lithography technology, Extreme Ultraviolet (EUV) lithography using Laser Produced Plasma (LPP) has been developed. In the LPP system plasma is generated by irradiating a tin (Sn) target material with a pulse CO2 laser beam, and EUV light is emitted from the plasma. The EUV light is used for photolithography.
In the development of the LPP system for EUV lithography, generation a high power pulse CO2 laser beam with 10ns order and 20KW to 40KW as a energy driver for the plasma generation and a technology for evaluation of a high power focused beam is required in order to focus the beam onto the target. This development is done by cooperation of Mitsubishi electric coporation and Gigaphoton Inc.. Key point of this development is to adopt two technologies into EUV light source; the transverse flow type CO2 laser technology ( Mitsubhishi electric corporation) , and multi-line oscillator technology (Gigaphoton inc.). This report mainly describes Gigaphoton’s part.
The development items and achievements for each research and development are summarized below.
ITEM 1) Research and development of a high intensity CO2 amplification system
A multiline oscillator was designed and fabricated in order to highly efficiently operate the amplifier, the performance of the multiline oscillator was confirmed and the specified performance was confirmed. The multiline oscillator is brought into Mitsubishi Electric cooperation, and combined to the amplifier, then a test for the amplification system evaluation was carried out. A final stage output of 26.7kW (equivalent multi-line power), 23kW (single-line actual) was confirmed at the test. This data is world record at the Q1 2013.
During this development ,an operation model of a pulse CO2 laser amplification system was made and simulation technology of amplification operation which enables the design of amplification system was developed. By using a CO2 laser amplifier owned by Gigaphoton, whether an isolator device which Gigaphoton owns can be applied to the amplification system was confirmed. Also, when the amplifier is connected to the module where EUV light emission takes place, further higher energy may be required due to reflected light from the target. Therefore, feasibility of an isolator for kW level in another method was studied by a simulation.
ITEM 2) Research and development of a device for evaluation of a high power, focused beam.
As a measurement device using laser Compton scattering, (1) and (2) were achieved. As development of a measurement device using gas brake down, (3) was achieved.
(1) Development and establishment of an electron beam convergent device and an electron beam evaluation device (Commission to: Waseda University)
An electron beam convergent device was designed, fabricated and evaluated. The target of a convergent diameter is 10um (@4.5MeV, 100pC), and the convergent diameter of 30 um (@4.5MeV, 100pC) was confirmed.
(2) Development of a light accumulation device as a simulated high intensity CO2 laser beam (Commission to: Waseda University)
As a test high intensity CO2 laser device for developing laser Compton scattering method, a light accumulation resonator with an enhancement rate of 50 times was designed, fabricated and confirmed.
(3) Development of a focusing point measurement device by gas breakdown method
A three-dimensional focusing point profile measurement device using visible light emitted from plasma generated by the breakdown of argon gas at focusing point position was developed. The measurement accuracy for the focusing point position and the focusing point diameter were confirmed.
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