JP2011222185A - プラズマ光源とプラズマ光発生方法 - Google Patents

Abstract

【課題】プラズマを所望の励起準位まで加熱して有効波長領域（１３．５ｎｍ近傍）のＥＵＶ光を発光させることができ、かつジュール加熱による入熱を大幅に低減することができるプラズマ光源とプラズマ光発生方法を提供する。
【解決手段】各同軸状電極１１に極性を反転させた放電電圧を印加して、１対の同軸状電極にそれぞれ面状放電２を発生させ、対向する中間位置に単一のプラズマ３を形成する。次いで面状放電を１対の同軸状電極間の管状放電４に繋ぎ換えて、管状放電によりプラズマ３を軸方向に封じ込め、同軸状電極間にプラズマ光８を発生させる。管状放電において、極短パルスの高繰り返し構造を持ったパルス電圧を用いることにより、プラズマのジュール加熱を抑制し、少ないプラズマのジュール加熱で長時間（１〜１０μｓ）のプラズマ閉じ込めが可能となる。
【選択図】図６

Description

本発明は、ＥＵＶ放射のためのプラズマ光源とプラズマ光発生方法に関する。

次世代半導体の微細加工のために極端紫外光源を用いるリソグラフィが期待されている。リソグラフィとは回路パターンの描かれたマスクを通して光やビームをシリコン基盤上に縮小投影し、レジスト材料を感光させることで電子回路を形成する技術である。光リソグラフィで形成される回路の最小加工寸法は基本的には光源の波長に依存している。従って、次世代の半導体開発には光源の短波長化が必須であり、この光源開発に向けた研究が進められている。

次世代リソグラフィ光源として最も有力視されているのが、極端紫外光源（ＥＵＶ：Ｅｘｔｒｅｍｅ Ｕｌｔｒａ Ｖｉｏｌｅｔ）であり、およそ１〜１００ｎｍの波長領域の光を意味する。この領域の光はあらゆる物質に対し吸収率が高く、レンズ等の透過型光学系を利用することができないので、反射型光学系を用いることになる。また極端紫外光領域の光学系は非常に開発が困難で、限られた波長にしか反射特性を示さない。

現在、１３．５ｎｍに感度を有するＭｏ／Ｓｉ多層膜反射鏡が開発されており、この波長の光と反射鏡を組み合わせたリソグラフィ技術が開発されれば３０ｎｍ以下の加工寸法を実現できると予測されている。さらなる微細加工技術の実現のために、波長１３．５ｎｍのリソグラフィ光源の開発が急務であり、高エネルギー密度プラズマからの輻射光が注目されている。

光源プラズマ生成はレーザー照射方式（ＬＰＰ：Ｌａｓｅｒ Ｐｒｏｄｕｃｅｄ Ｐｌａｓｍａ）とパルスパワー技術によって駆動されるガス放電方式（ＤＰＰ：Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ Ｐｒｏｄｕｃｅｄ Ｐｌａｓｍａ）に大別できる。ＤＰＰは、投入した電力が直接プラズマエネルギーに変換されるので、ＬＰＰに比べて変換効率で優位であるうえに、装置が小型で低コストという利点がある。

プラズマから有効波長領域（ｉｎ−ｂａｎｄ）の放射光への変換効率（Ｐｌａｓｍａ Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ Ｅ．ｃｉｅｎｃｙ：Ｐ．Ｃ．Ｅ）は次式（１）のように表される。
Ｐ．Ｃ．Ｅ＝（Ｐ_{ｉｎｂａｎｄ}×τ）／Ｅ・・・（１）
ここで、Ｐ_{ｉｎｂａｎｄ}は有効波長領域のＥＵＶ放射光出力、τは放射持続時間、Ｅはプラズマに投入されたエネルギーである。

有効波長領域に放射スペクトルを持つ元素としては、Ｘｅ，Ｓｎ，Ｌｉ等が代表的であり、実験の容易さ、取り扱いやすさから開発初期はＸｅを中心に研究が進められてきた。しかし、近年では高出力、高効率を理由にＳｎが注目を浴び研究が進められている。また、有効波長領域にちょうどＬｙｍａｎ−α共鳴線を有する水素様Ｌｉイオン（Ｌｉ^２＋）に対する期待も高まってきている。

高温高密度プラズマからの放射スペクトルは、基本的にはターゲット物質の温度と密度によって決まり、プラズマの原子過程を計算した結果によると、ＥＵＶ放射領域のプラズマにするにはＸｅ，Ｓｎの場合で電子温度、電子密度がそれぞれ数１０ｅＶ、１０^１８ｃｍ^−３程度，Ｌｉの場合で２０ｅＶ、１０^１８ｃｍ^−３程度が最適とされている。

なお、上述したプラズマ光源は、非特許文献１，２および特許文献１，２に開示されている。

佐藤弘人、他、「リソグラフィ用放電プラズマＥＵＶ光源」、ＯＱＤ−０８−２８ Ｊｅｒｏｅｎ Ｊｏｎｋｅｒｓ，"Ｈｉｇｈ ｐｏｗｅｒ ｅｘｔｒｅｍｅ ｕｌｔｒａ−ｖｉｏｌｅｔ（ＥＵＶ） ｌｉｇｈｔ ｓｏｕｒｃｅｓ ｆｏｒ ｆｕｔｕｒｅ ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ"，Ｐｌａｓｍａ Ｓｏｕｒｃｅｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， １５（２００６） Ｓ８−Ｓ１６

特表２０００−５０９１９０号公報、「Ｘ線放射線または極紫外線放射線を発生するための方法および装置」 特開２００４−２２６２４４号公報、「極端紫外光源および半導体露光装置」

ＥＵＶリソグラフィ光源には、高い平均出力、微小な光源サイズ、飛散粒子（デブリ）が少ないこと等が要求される。現状では、ＥＵＶ発光量が要求出力に対して極めて低く、高出力化が大きな課題の一つであるが、一方で高出力化のために入力エネルギーを大きくすると熱負荷によるダメージがプラズマ生成装置や光学系の寿命の低下を招いてしまう。従って、高ＥＵＶ出力と低い熱負荷の双方を満たすためには、高いエネルギー変換効率が必要不可欠である。

プラズマ形成初期には加熱や電離に多くのエネルギーを消費するうえに、ＥＵＶを放射するような高温高密度状態のプラズマは一般的に急速に膨張してしまうため、放射持続時間τが極端に短い。従って、変換効率を改善するためには、プラズマをＥＵＶ放射のために適した高温高密度状態で長時間（μｓｅｃオーダーで）維持することが重要になる。

ＳｎやＬｉ等の常温固体の媒体はスペクトル変換効率が高い反面、プラズマ生成に溶融、蒸発等の相変化を伴うため、中性粒子等のデブリ（放電に伴う派生物）による装置内汚染の影響が大きくなる。そのため、ターゲット供給、回収システム強化も同様に要求される。

現在の一般的なＥＵＶプラズマ光源の放射時間は１００ｎｓｅｃ程度であり出力が極端に足りない。産業応用のため高変換効率と高平均出力を両立させる為には１ショットで数μｓｅｃ（少なくとも１μｓｅｃ以上）のＥＵＶ放射時間を達成する必要がある。つまり、高い変換効率を持つプラズマ光源を開発するためには、それぞれのターゲットに適した温度密度状態のプラズマを１μｓｅｃ以上拘束し、安定したＥＵＶ放射を達成する必要がある。

本発明は、かかる問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、ＥＵＶ放射のためのプラズマ光を長時間（μｓｅｃオーダーで）安定して発生させることができるプラズマ光源とプラズマ光発生方法を提供することにある。

本発明によれば、対向配置された１対の同軸状電極と、該同軸状電極内にプラズマ媒体を供給しかつプラズマ発生に適した温度及び圧力に保持する放電環境保持装置と、各同軸状電極に極性を反転させた放電電圧を印加する電圧印加装置と、を備え、
電圧印加装置により極短パルスの高繰り返し構造を持ったパルス電圧を印加して、１対の同軸状電極間に管状放電を形成してプラズマを軸方向に封じ込める、ことを特徴とするプラズマ光源が提供される。

本発明の実施形態によれば、前記電圧印加装置は、一方の同軸状電極の中心電極にそのガイド電極より高い正の放電電圧を印加する第１電源と、他方の同軸状電極の中心電極にそのガイド電極より低い負の放電電圧を印加する第２電源と、前記第１電源と第２電源から１対の同軸状電極に互いに相違する正又は負の前記パルス電圧を同時に印加するパルススイッチとを有する。

前記パルス電圧は、前記プラズマを軸方向に封じ込め、同軸状電極間にプラズマ光を発生させる巨視的パルスであり、
該巨視的パルスは、ＯＮとＯＦＦの極短パルスを高頻度に繰り返す微視的パルスからなる。

前記巨視的パルスは、１ｋＨｚ〜１０ｋＨｚのパルスであり、そのパルス幅は、１〜１０μｓであり、
前記微視的パルスのパルス幅は、１０〜１００ｎｓである、ことが好ましい。

また本発明によれば、（Ａ） 対向配置した１対の同軸状電極内にプラズマ媒体を供給しかつプラズマ発生に適した温度及び圧力に保持し、
（Ｂ） 各同軸状電極に極性を反転させた放電電圧を印加して、１対の同軸状電極にそれぞれ面状放電を発生させ、該面状放電により各同軸状電極の対向する中間位置に単一のプラズマを形成し、
（Ｃ） 次いで前記面状放電を１対の同軸状電極間の管状放電に繋ぎ換えて、極短パルスの高繰り返し構造を持ったパルス電圧による管状放電により前記プラズマを軸方向に封じ込め、
（Ｄ） プラズマの発光エネルギーに相当するエネルギーを各同軸状電極から供給して同軸状電極間にプラズマ光を発生させる、ことを特徴とするプラズマ光発生方法が提供される。

上記本発明の装置と方法によれば、対向配置された１対の同軸状電極を備え、１対の同軸状電極にそれぞれ面状の放電電流（面状放電）を発生させ、該面状放電により各同軸状電極の対向する中間位置に単一のプラズマを形成し、次いで前記面状放電を１対の同軸状電極間の管状放電に繋ぎ換えて前記プラズマを封じ込める磁場（磁気ビン）を形成するので、ＥＵＶ放射のためのプラズマ光を長時間（μｓｅｃオーダーで）安定して発生させることができる。
また、投入したジュール加熱によるエネルギーと輻射エネルギーとのバランスをとることができる。

また、極短パルスの高繰り返し構造を持ったパルス電圧による管状放電がＯＮの時（印加時）には、管状放電により封じ込め磁場が発生し、プラズマを圧縮する方向に作用する。
一方、管状放電がＯＦＦの時（電圧低下時）には、封じ込め磁場が消えプラズマ圧縮力はなくなる。しかし、プラズマは慣性のため、すぐには膨張せず、次第に圧縮速度が遅くなり、やがて膨張しだすため、光源プラズマとして許容されないサイズ（１〜３ｍｍ）にまで膨張するには、一定時間を要する。この時間はプラズマ物質、プラズマ条件、許容サイズに依存するが、おおよそ１００ｎｓ〜１μｓ程度である。

従って、プラズマが許容サイズを超える前に次の電圧パルスが印加されるような極短パルスを高頻度に繰り返す「極短パルスの高繰り返し構造を持ったパルス電圧」でプラズマを圧縮するための数μｓ（１〜１０μｓ）のロングパルスを構成すれば、数μｓ（１〜１０μｓ）の連続印加でなくてもプラズマ閉じ込めを実現できる。

これにより、電圧印加、放電電流が間欠的であるため、プラズマのジュール加熱は抑制され、少ないプラズマのジュール加熱で長時間（１〜１０μｓ）のプラズマ閉じ込めが可能となり、所望のＥＵＶ光発光の最適条件を長時間維持可能となる。

また本発明の装置及び方法によれば、極短パルスの高繰り返し構造を持ったパルス電圧により、プラズマを長時間微小サイズに閉じ込めながら、そのプラズマ状態を非熱平衡状態とすることができる。非熱平衡状態では熱平衡状態と比較して、高エネルギー準位のイオンの存在確率が高く、誘導輻射の効果が高まる。
これにより、非熱平衡状態を長時間維持できるため、誘導輻射の効率が上昇し、ＥＵＶ発光の指向性が高まり、発光量の増大が可能となる。

ＥＵＶ放射領域における従来の加熱エネルギーと放射エネルギーの比較図である。 ＥＵＶ放射領域におけるＥＵＶ変換効率（Ａ）とｉｎ−ｂａｎｄ出力（Ｂ）の比較図である。 本発明によるプラズマ光源の原理図である。 本発明による管状放電電圧の巨視的パルス構造と微視的パルス構造を示す模式図である。 本発明によるプラズマ光源の作動説明図である。 本発明によるプラズマ光の発生状態の説明図である。

以下、本発明の好ましい実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。

図１は、ＥＵＶ放射領域における従来の加熱エネルギー（Ａ）と放射エネルギー（Ｂ）の比較図である。
図１（Ａ）（Ｂ）において、横軸はプラズマ電子温度（ｅＶ）、縦軸はプラズマ密度（／ｃｍ^３）である。この図に示すプラズマ電子温度が５〜３０（ｅＶ）、プラズマ密度が１０^１７〜１０^２０（／ｃｍ^３）の範囲でＥＵＶ放射が可能であるといえる。

図１（Ａ）は、半径０．４ｍｍ、長さ４ｍｍの円筒プラズマを仮定して、前記ＥＵＶ放射領域において、プラズマ圧力と磁気圧力の平衡に必要なアーク電流によるプラズマのジュール加熱量を試算した結果である。図中の各曲線は加熱量の同一線であり、図中の数値は、加熱量（Ｗ）の対数表示である。すなわち、例えば図中の７．０は、１０^７Ｗを意味している。
図１（Ｂ）は、図１（Ａ）と同一条件において、前記ＥＵＶ放射領域において、プラズマからの放射エネルギーを試算した結果である。図中の各曲線は加熱量の同一線であり、図中の数値は、加熱量（Ｗ）の対数表示である。すなわち、例えば図中の５．０８１は、１０^{５．０８１}Ｗを意味している。

図２は、ＥＵＶ放射領域におけるＥＵＶ変換効率（Ａ）とｉｎ−ｂａｎｄ出力（Ｂ）の比較図である。
図２（Ａ）（Ｂ）において、横軸はプラズマ電子温度（ｅＶ）、縦軸はプラズマ密度（／ｃｍ^３）である。この図に示すプラズマ電子温度が５〜３０（ｅＶ）、プラズマ密度が１０^１７〜１０^２０（／ｃｍ^３）の範囲でＥＵＶ放射が可能であるといえる。

図２（Ａ）において図中の各曲線はＥＵＶ変換効率の同一線であり、図中の数値は、ＥＵＶ変換効率である。
図２（Ｂ）において図中の各曲線はｉｎ−ｂａｎｄ出力の同一線であり、図中の数値は、ｉｎ−ｂａｎｄ出力である。

図１（Ａ）（Ｂ）の比較から、ＥＵＶ放射領域の同一点において、必要な加熱エネルギーが放射エネルギーより大幅に上回っており、高出力化が困難であることがわかる。
すなわち、図１（Ａ）（Ｂ）のあるＥＵＶ放射領域において、例えば入熱が１０^７Ｗ、出熱が１０^５Ｗであるとすると、入熱と出熱がバランスしないことから、プラズマの温度が上がってしまい（図中で右の方に動く）、図２（Ａ）（Ｂ）において、密度一定、温度上昇は図中、任意のスタート点から水平に右方向に状態がずれていくことになる。この場合、ｉｎ−ｂａｎｄ出力が低下し、ＥＵＶ変換効率が低下して、所望のＥＵＶ放射領域でのＥＵＶ発光が得られないことになる。

図３は、本発明によるプラズマ光源の原理図である。
この図において、本発明のプラズマ光源１０は、１対の同軸状電極１１、放電環境保持装置２０、及び電圧印加装置３０を備える。

１対の同軸状電極１１は、対称面１を中心として対向配置されている。
各同軸状電極１１は、棒状の中心電極１２、管状のガイド電極１４及びリング状の絶縁体１６からなる。

棒状の中心電極１２は、単一の軸線Ｚ−Ｚ上に延びる導電性の電極である。
この例において、中心電極１２の対称面１に対向する端面に凹穴１２ａが設けられ、後述する面状放電電流２と管状放電４を安定化させるようになっている。なお、この構成は必須ではなく、中心電極１２の対称面１に対向する端面は、円弧状でも平面でもよい。

管状のガイド電極１４は、中心電極１２を一定の間隔を隔てて囲み、その間にプラズマ媒体を保有するようになっている。プラズマ媒体は、Ｘｅ，Ｓｎ，Ｌｉ等のガスであることが好ましい。なお、ガイド電極１４の対称面１に対向する端面は、円弧状でも平面でもよい。

リング状の絶縁体１６は、中心電極１２とガイド電極１４の間に位置する中空円筒形状の電気的絶縁体であり、中心電極１２とガイド電極１４の間を電気的に絶縁する。
なお、絶縁体１６の形状はこの例に限定されず、中心電極１２とガイド電極１４の間を電気的に絶縁する限りで、その他の形状であってもよい。

上述した１対の同軸状電極１１は、各中心電極１２が同一の軸線Ｚ−Ｚ上に位置し、かつ互いに一定の間隔を隔てて対称に位置する。

放電環境保持装置２０は、同軸状電極１１内をプラズマ発生に適した温度及び圧力に同軸状電極１１を保持する。
放電環境保持装置２０は、例えば、真空チャンバー、温度調節器、真空装置、及びプラズマ媒体供給装置により構成することができる。なおこの構成は必須ではなく、その他の構成であってもよい。

電圧印加装置３０は、各同軸状電極１１に極性を反転させた面状放電を発生させる面状放電手段と、１対の同軸状電極１１間の管状放電に繋ぎ換えて、極短パルスの高繰り返し構造を持ったパルス電圧による管状放電を発生させる管状放電手段とを有する。

電圧印加装置３０は、この例では、第１電源３２、第２電源３４及びパルススイッチ３６からなる。
第１電源３２は、一方（この例では左側）の同軸状電極１１の中心電極１２にそのガイド電極１４より高い正の放電電圧を印加する。
第２電源３４は、他方（この例では右側）の同軸状電極１１の中心電極１２にそのガイド電極１４より低い負の放電電圧を印加する。
パルススイッチ３６は、第１電源３２と第２電源３４から１対の同軸状電極１１に互いに相違する正又は負のパルス電圧を同時に印加する。
この構成により、電圧印加装置３０は、直流電圧による面状放電手段と、極短パルスの高繰り返し構造を持ったパルス電圧による管状放電手段とを繋ぎ換えて行うことができる。

図４は、本発明による管状放電電圧の巨視的パルス構造と微視的パルス構造を示す模式図である。この図において、（Ａ）は巨視的パルス構造、（Ｂ）は微視的パルス構造を示している。
図４（Ａ）に示すように、管状放電時のパルス電圧Ｐは、巨視的には、後述するプラズマ３を軸方向に封じ込め、同軸状電極１１間にプラズマ光を発生させることができる電圧とパルス幅を有する。この巨視的パルスは、好ましくは、１ｋＨｚ〜１０ｋＨｚのパルスであり、そのパルス幅は、１〜１０μｓである。
図４（Ｂ）に示すように、管状放電時のパルス電圧Ｐは、微視的には、ＯＮとＯＦＦの極短パルスを高頻度に繰り返す電圧とパルス幅を有する。この微視的パルスのパルス幅は、好ましくは１０〜１００ｎｓである。
なお、微視的パルスのＯＮとＯＦＦの時間間隔は等間隔でなくてもよい。また、微視的パルスの電圧印加は、０−正−０の繰り返しに限定されず、０−正−０−負−０−正の反転繰り替えしでもよい。また、矩形波でなく、三角波、正弦波、又はその他の波形でもよい。
この構成により、巨視的には、プラズマ３を軸方向に封じ込め、同軸状電極１１間にプラズマ光を発生させることができ、微視的には、ＯＮとＯＦＦの極短パルスを高頻度に繰り返す電圧とパルス幅を有するので、プラズマのジュール加熱は抑制され、少ないプラズマのジュール加熱で長時間（１〜１０μｓ）のプラズマ閉じ込めが可能となる。

図５は、本発明によるプラズマ光源の作動説明図である。この図において、（Ａ）は面状放電の発生時、（Ｂ）は面状放電の移動中、（Ｃ）はプラズマの形成時、（Ｄ）はプラズマ封込み磁場の形成時を示している。
以下、この図を参照して、本発明のプラズマ光発生方法を説明する。

本発明のプラズマ光発生方法では、上述した１対の同軸状電極１１を対向配置し、放電環境保持装置２０により同軸状電極１１内にプラズマ媒体を供給しかつプラズマ発生に適した温度及び圧力に保持し、電圧印加装置３０により各同軸状電極１１に極性を反転させた放電電圧を印加する。

図５（Ａ）に示すように、この電圧印加により、１対の同軸状電極１１に絶縁体１６の表面でそれぞれ面状の放電電流（以下、面状放電２と呼ぶ）が発生する。面状放電２は、２次元的に広がる面状の放電電流である。

なおこの際、左側の同軸状電極１１の中心電極１２は正電圧（＋）、ガイド電極１４は負電圧（−）に印加され、右側の同軸状電極１１の中心電極１２は負電圧（−）、そのガイド電極１４は正電圧（＋）に印加されている。
なお、両方のガイド電極１４を接地させて０Ｖに保持し、一方の中心電極１２を正電圧（＋）に印加し、他方の中心電極１２を負電圧（−）に印加してもよい。

図５（Ｂ）に示すように、面状放電２は、自己磁場によって電極から排出される方向（図で中心に向かう方向）に移動する。

図５（Ｃ）に示すように、面状放電２が１対の同軸状電極１１の先端に達すると、１対の面状放電２の間に挟まれたプラズマ媒体６が高密度、高温となり、各同軸状電極１１の対向する中間位置（中心電極１２の対称面１）に単一のプラズマ３が形成される。

さらに、この状態において、対向する１対の中心電極１２は、正電圧（＋）と負電圧（−）であり、同様に対向する１対のガイド電極１４も、正電圧（＋）と負電圧（−）であるので、図５（Ｄ）に示すように、面状放電２は対向する１対の中心電極１２同士、及び対向する１対のガイド電極１４の間で放電する管状放電４に繋ぎ換えられる。ここで、管状放電４とは、軸線Ｚ−Ｚを囲む中空円筒状の放電電流を意味する。
この管状放電４が形成されると、図に符号５で示すプラズマ封込み磁場（磁気ビン）が形成され、プラズマ３を半径方向及び軸方向に封じ込むことができる。

すなわち、磁気ビン５はプラズマ３の圧力により中央部は大きくその両側が小さくなり、プラズマ３に向かう軸方向の磁気圧勾配が形成され、この磁気圧勾配によりプラズマ３は中間位置に拘束される。さらにプラズマ電流の自己磁場によって中心方向にプラズマ３は圧縮（Ｚピンチ）され、半径方向にも自己磁場による拘束が働く。
この状態において、プラズマ３の発光エネルギーに相当するエネルギーを電圧印加装置３０から供給し続ければ、高いエネルギー変換効率で、プラズマ光８（ＥＵＶ）を長時間安定して発生させることができる。

本発明の方法では、図５（Ｄ）において、極短パルスの高繰り返し構造を持ったパルス電圧による管状放電により前記プラズマを軸方向に封じ込める。この管状放電電圧は、図４に示した巨視的パルス構造と微視的パルス構造からなる。

図６は、本発明によるプラズマ光の発生状態の説明図である。この図において、（Ａ）（Ｃ）は、図５（Ｄ）において、極短パルスの高繰り返し構造を持ったパルス電圧による管状放電がＯＮの時（印加時）、（Ｂ）は管状放電がＯＦＦの時（電圧低下時）を示し、（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）の順で、繰り返されることを示している。

図６（Ａ）において、極短パルスの高繰り返し構造を持ったパルス電圧による管状放電がＯＮの時（印加時）には、管状放電により封じ込め磁場が発生し、プラズマを圧縮する方向（矢印で示す）に作用する。
図６（Ｂ）において、管状放電がＯＦＦの時（電圧低下時）には、封じ込め磁場が消えプラズマ圧縮力はなくなる。しかし、プラズマは慣性のため、すぐには膨張せず、次第に圧縮速度が遅くなり、やがて膨張しだすため、光源プラズマとして許容されないサイズ（１〜３ｍｍ）にまで膨張するには、一定時間を要する。この時間はプラズマ物質、プラズマ条件、許容サイズに依存するが、おおよそ１００ｎｓ〜１μｓ程度である。

図６（Ｃ）において、プラズマが許容サイズを超える前に次の電圧パルスが印加されるような極短パルスを高頻度に繰り返す「極短パルスの高繰り返し構造を持ったパルス電圧」でプラズマを圧縮するための数μｓ（１〜１０μｓ）のロングパルスを構成すれば、数μｓ（１〜１０μｓ）の連続印加でなくてもプラズマ閉じ込めを実現できる。

これにより、電圧印加、放電電流が間欠的であるため、プラズマのジュール加熱は抑制され、少ないプラズマのジュール加熱で長時間（１〜１０μｓ）のプラズマ閉じ込めが可能となり、所望のＥＵＶ光発光の最適条件を長時間維持可能となる。

また本発明の装置及び方法によれば、極短パルスの高繰り返し構造を持ったパルス電圧により、プラズマを長時間微小サイズに閉じ込めながら、そのプラズマ状態を非熱平衡状態とすることができる。非熱平衡状態では熱平衡状態と比較して、高エネルギー準位のイオンの存在確率が高く、誘導輻射の効果が高まる。
これにより、非熱平衡状態を長時間維持できるため、誘導輻射の効率が上昇し、ＥＵＶ発光の指向性が高まり、発光量の増大が可能となる。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。

１ 対称面、２ 面状放電、３ プラズマ、
４ 管状放電、５ プラズマ封込み磁場、６ プラズマ媒体、
７ 添加物、８ プラズマ光（ＥＵＶ光）、
１０ プラズマ光源、１１ 同軸状電極、
１２ 中心電極、１２ａ 凹穴、
１４ ガイド電極、１６ 絶縁体（絶縁化合物）、
２０ 放電環境保持装置、３０ 電圧印加装置、
３２ 第１電源、３４ 第２電源、３６ パルススイッチ

Claims (5)

1. 対向配置された１対の同軸状電極と、該同軸状電極内にプラズマ媒体を供給しかつプラズマ発生に適した温度及び圧力に保持する放電環境保持装置と、各同軸状電極に極性を反転させた放電電圧を印加する電圧印加装置と、を備え、
   電圧印加装置により極短パルスの高繰り返し構造を持ったパルス電圧を印加して、１対の同軸状電極間に管状放電を形成してプラズマを軸方向に封じ込める、ことを特徴とするプラズマ光源。
2. 前記電圧印加装置は、一方の同軸状電極の中心電極にそのガイド電極より高い正の放電電圧を印加する第１電源と、他方の同軸状電極の中心電極にそのガイド電極より低い負の放電電圧を印加する第２電源と、前記第１電源と第２電源から１対の同軸状電極に互いに相違する正又は負の前記パルス電圧を同時に印加するパルススイッチとを有する、ことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ光源。
3. 前記パルス電圧は、前記プラズマを軸方向に封じ込め、同軸状電極間にプラズマ光を発生させる巨視的パルスであり、
   該巨視的パルスは、ＯＮとＯＦＦの極短パルスを高頻度に繰り返す微視的パルスからなる、ことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ光源。
4. 前記巨視的パルスは、１ｋＨｚ〜１０ｋＨｚのパルスであり、そのパルス幅は、１〜１０μｓであり、
   前記微視的パルスのパルス幅は、１０〜１００ｎｓである、ことを特徴とする請求項３に記載のプラズマ光源。
5. （Ａ） 対向配置した１対の同軸状電極内にプラズマ媒体を供給しかつプラズマ発生に適した温度及び圧力に保持し、
   （Ｂ） 各同軸状電極に極性を反転させた放電電圧を印加して、１対の同軸状電極にそれぞれ面状放電を発生させ、該面状放電により各同軸状電極の対向する中間位置に単一のプラズマを形成し、
   （Ｃ） 次いで前記面状放電を１対の同軸状電極間の管状放電に繋ぎ換えて、極短パルスの高繰り返し構造を持ったパルス電圧による管状放電により前記プラズマを軸方向に封じ込め、
   （Ｄ） プラズマの発光エネルギーに相当するエネルギーを各同軸状電極から供給して同軸状電極間にプラズマ光を発生させる、ことを特徴とするプラズマ光発生方法。