JP2017181732A - プラズマ光源 - Google Patents

Abstract

【課題】中心電極と外部電極との間にプラズマ媒質を安定的に供給する。【解決手段】プラズマ光源１は、中心電極１１と外部電極１２と絶縁体１３とを有し、極端紫外光を放射するプラズマを発生させると共にプラズマを閉じ込める一対の同軸状電極１０と、中心電極１１と外部電極１２とに接続されて、中心電極１１と外部電極１２との間に電位差を生じさせる電圧印加装置２０と、プラズマを発生させるためのプラズマ媒質４３を有するプラズマ媒質供給部４１と、プラズマ媒質４３から生成されると共に中心電極１１と外部電極１２との間に供給される媒質蒸気Ｖを形成する媒質蒸気形成部３０と、を備える。同軸状電極１０は、中心電極１１と外部電極１２と媒質蒸気Ｖとを含む電流経路Ｋを形成する。プラズマ媒質供給部４１は、電流経路Ｋに対して電気的に絶縁されている。【選択図】図１

Description

本発明は、極端紫外光を発生させるプラズマ光源に関する。

当該分野の技術として、特許文献１に記載されたプラズマ光源が知られている。このプラズマ光源は、中心電極と外部電極との間にプラズマ媒質の蒸気が供給された状態において、中心電極と外部電極との間に電位差を発生させることにより放電を発生させる。この蒸気の原料となるプラズマ媒質は、中心電極の側面に配置されている。

特開２０１３−２５４６９３号公報

ところで、プラズマ媒質の蒸気は、固体又は液体のプラズマ媒質にレーザ光を照射してアブレーションを発生させることにより生成される。プラズマ媒質の状態が熱的又は物理的に不安定になるとアブレーションが安定的に発生し難くなる。アブレーションの発生が不安定になるとプラズマ媒質の蒸気が安定的に生成され難くなる。このため、中心電極と外部電極との間にプラズマ媒質の蒸気を安定的に供給することが難しくなり、ひいてはプラズマ光の発生が不安定化するおそれがある。

そこで、当該技術の分野においては、中心電極と外部電極との間にプラズマ媒質を安定的に供給することが望まれている。

本発明の一態様に係るプラズマ電極は、軸線上において互いに対面するように配置され、中心電極と中心電極から離間するように配置された外部電極と中心電極と外部電極とを絶縁する絶縁体とを有し、極端紫外光を放射するプラズマを発生させると共にプラズマを閉じ込める一対の同軸状電極と、中心電極と外部電極とに接続されて、中心電極と外部電極との間に電位差を生じさせる電圧印加部と、プラズマを発生させるためのプラズマ媒質を有するプラズマ媒質供給部と、プラズマ媒質から生成されると共に中心電極と外部電極との間に供給される媒質蒸気を形成する媒質蒸気形成部と、を備え、同軸状電極は、中心電極と外部電極と媒質蒸気とを含む電流経路を形成し、プラズマ媒質供給部は、電流経路に対して電気的に絶縁されている。

このプラズマ光源は、動作時においてプラズマ媒質供給部と媒質蒸気形成部が中心電極と外部電極との間に媒質蒸気を供給する。この媒質蒸気は、中心電極と外部電極との間に放電を誘発する。中心電極と外部電極との間に放電が生じると、中心電極と媒質蒸気と外部電極とを介する電流経路が形成される。ここで、プラズマ媒質供給部は、当該電流経路から電気的に絶縁されているので、電流経路を流れる電流は、プラズマ媒質供給部を経由することがない。導体に電流が流れるとジュール熱が生じるが、プラズマ媒質供給部には電流が流れないので、ジュール熱が発生することもない。従って、プラズマ媒質の温度上昇が抑制されてプラズマ媒質の状態が安定化するので、プラズマ媒質のアブレーションを安定的に生じさせることが可能となる。従って、中心電極と外部電極との間にプラズマ媒質を安定的に供給することができる。

いくつかの態様において、一方の同軸状電極の中心電極は、他方の同軸状電極に向かって延びる棒状の導電体であって、軸線上に配置され、一方の同軸状電極の外部電極は、他方の同軸状電極に向かって延びる棒状の導電体であって、軸線のまわりに等間隔に複数配置され、プラズマ媒質供給部は、軸線の方向から見た場合に、すべての外部電極を含むと共に中心電極を囲む閉じた領域の外側に配置されてもよい。この構成によれば、プラズマ媒質供給部が電流経路に対して電気的に絶縁された状態を好適に実現し得る。従って、プラズマ媒質の温度上昇が抑制されてプラズマ媒質の状態が安定化するので、プラズマ媒質のアブレーションをより安定的に発生させることができる。

いくつかの態様において、プラズマ媒質供給部は、外部電極から離間していてもよい。
外部電極は電流経路を構成するので、外部電極には電流が流れる。外部電極に電流が流れるとジュール熱が発生する。しかし、プラズマ媒質供給部が外部電極から離間しているので、外部電極において生じたジュール熱は熱伝導によりプラズマ媒質供給部に到達することがない。従って、プラズマ媒質の温度上昇がより抑制されるので、プラズマ媒質の状態が安定化する。よって、中心電極と外部電極との間にプラズマ媒質をさらに安定的に供給することができる。

いくつかの態様において、プラズマ媒質供給部は、所定の電位に接続されていてもよい。この構成によれば、プラズマ媒質供給部が同軸状電極に印加される電圧に影響されて、プラズマ媒質の電位が不安定化することを抑制することが可能となる。従って、プラズマ媒質のアブレーションをより安定的に発生させることができる。

プラズマ媒質供給部と同軸状電極との間に配置された供給制御部をさらに備え、供給制御部は、媒質蒸気を遮蔽する遮蔽部と、媒質蒸気を通過させる貫通孔と、を有してもよい。
この構成によれば、媒質蒸気が拡散する方向を制御することが可能になる。

本発明によれば、中心電極と外部電極との間にプラズマ媒質を安定的に供給することができる。

図１は、実施形態に係るプラズマ光源の構成を示す図である。 図２は、図１の仮想面に沿った同軸状電極の端面を示す図である。 図３は、プラズマ光源の動作時に形成される電流経路を示す図である。 図４は、プラズマ光源の動作を説明するための図である。 図５は、変形例に係るプラズマ光源の構成を示す図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明を実施するための形態を詳細に説明する。図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１に示されたプラズマ光源１は、いわゆる対向型プラズマフォーカス方式を採用する。プラズマフォーカス方式は核融合分野で考案されたものであり、中心電極１１と、当該中心電極１１を取り巻く複数の外部電極１２とを有する同軸状電極１０を備える。対向型プラズマフォーカス方式のプラズマ光源１が動作するとき、まず、中心電極１１と外部電極１２との間に高電圧を印加する。そして、何らかのトリガを入力することにより、中心電極１１と外部電極１２との間にリング状の初期プラズマを生成させる。初期プラズマは、電磁力によって中心電極１１の先端方向に移動する。そして、初期プラズマは、中心電極１１の先端部で収束して高温・高密度状態に達する。

対向型プラズマフォーカス方式を採用するプラズマ光源１は、プラズマ源としての同軸状電極１０を互いに向かい合うように配置する。そして、それぞれの中心電極１１の先端部に達したプラズマ同士を衝突させることにより、高温及び高密度状態のプラズマが形成される。この高温及び高密度状態のプラズマから極端紫外光が発生する。

初期プラズマを発生させる方式の一つに、レーザ光によってプラズマ媒質を蒸発（アブレーション）させる方式がある。固体又は液体のプラズマ媒質にレーザ光を照射することでプラズマ媒質を蒸発させて媒質蒸気を発生させる。その媒質蒸気を介して、中心電極１１と外部電極１２との間に放電を生じさせる。また、プラズマ媒質としては固体、液体、気体のいずれであってもよく、発生させたい光の波長によって選択される。対向型プラズマフォーカス方式では、プラズマ媒質として、液体又は固体のリチウムを用いることがある。

以下、図１を参照して、実施形態に係るプラズマ光源１について説明する。プラズマ光源１は、たとえば、半導体素子を製造するための露光装置に適用される。プラズマ光源１は、たとえば波長１３．５ｎｍの極端紫外光（ＥＵＶ光）を発生可能に構成されている。プラズマ光源１は、ＥＵＶ光を発生させることにより、微細なパターンを形成するフォトリソグラフィを可能にする。

プラズマ光源１は、プラズマを発生させる一対の同軸状電極１０と、同軸状電極１０に電位差を生じさせる電圧印加装置２０（電圧印加部）と、媒質蒸気を形成する一対の媒質蒸気形成部３０と、プラズマ媒質を保持するプラズマ媒質供給部４１と、を備える。

一対の同軸状電極１０は、チャンバ２内に収容されており、軸線Ａ上において互いに対面するように配置されている。一対の同軸状電極１０は、仮想の中央面Ｐに関して面対称に配置されている。一対の同軸状電極１０の間には、一定の間隔（空間）が設けられている。チャンバ２には一又は複数の排気管３が設けられており、排気管３には真空ポンプ（図示せず）が接続される。チャンバ２内は所定の真空度に維持される。チャンバ２は、接地されている。同軸状電極１０は、１本の中心電極１１と、複数の外部電極１２と、１つの絶縁体１３とを備える。

中心電極１１は、軸線Ａ上に沿って延びる棒状の導電体である。換言すると、図１において左側の同軸状電極１０の中心電極１１は、右側の同軸状電極１０に向かって延びる。中心電極１１は、高温プラズマに対して損傷され難い金属からなる。中心電極１１は、たとえばタングステン（Ｗ）やモリブデン（Ｍｏ）等の高融点金属からなる。中心電極１１の軸線Ａは、上記した中央面Ｐに直交する。中央面Ｐに対面する中心電極１１の端面１１ａは、たとえば半球状をなしている。中心電極１１の側面は、たとえば円錐状をなしている。

図１において左側の同軸状電極１０の外部電極１２は、右側の同軸状電極１０に向かって延びる棒状の導電体である。外部電極１２は、軸線Ａに対して傾いた方向に延びていていもよい。例えば、円錐状をなす中心電極１１の側面から外部電極１２までの距離が常に一定になるように、外部電極１２は側面に対して平行である方向に延びていてもよい。外部電極１２は、高温プラズマに対して損傷され難い金属からなる。外部電極１２は、たとえばタングステン（Ｗ）やモリブデン（Ｍｏ）等の高融点金属からなる。中央面Ｐに対面する外部電極１２の端面は、曲面であってもよく、平面であってもよい。

また、図２に示されるように、外部電極１２は、中心電極１１の周囲に配置されている。外部電極１２は、中心電極１１に対して所定の間隔を有している。複数の外部電極１２は、軸線Ａの周方向において等間隔に（すなわち回転対称に）配置されている。同軸状電極１０は、６本の外部電極１２を有する。６本の外部電極１２は、軸線Ａを基準として６０°毎に配置されている。なお、外部電極１２の本数は６本に限定されず、中心電極１１および外部電極１２の大きさや形状、これらの間隔などに応じて適宜設定され得る。中心電極１１のまわりに複数の外部電極１２が配置されることにより、初期放電（たとえば沿面放電）が、中心電極１１と外部電極１２との間に発生する。この初期放電は、面状放電６に至る。

再び図１に示されるように、絶縁体１３は、たとえば円板状をなすセラミックス板である。絶縁体１３は、中心電極１１と外部電極１２の基部を支持し、これらの間隔を規定する。絶縁体１３は、中心電極１１と外部電極１２とを電気的に絶縁する。

電圧印加装置２０は、同軸状電極１０に同極性又は逆極性の放電電圧を印加することにより、電位差を生じさせる。電圧印加装置２０は、２台の高圧電源（ＨＶ Ｃｈａｒｇｉｎｇ Ｄｅｖｉｃｅ）２１，２２を備える。第１高圧電源２１の出力側は、一方の（たとえば図示左側の）同軸状電極１０の中心電極１１に接続されている。第１高圧電源２１は、その中心電極１１に対応する外部電極１２よりも高い正の放電電圧を印加する。なお、第１高圧電源２１は、その中心電極１１に対応する外部電極１２よりも低い負の放電電圧を印加してもよい。第２高圧電源２２の出力側は、他方の（たとえば図示右側の）同軸状電極１０の中心電極１１に接続されている。第２高圧電源２２は、その中心電極１１に対応する外部電極１２よりも高い正の放電電圧を印加する。なお、第２高圧電源２２は、その中心電極１１に対応する外部電極１２よりも低い負の放電電圧を印加してもよい。いずれの外部電極１２も接地されていてもよい。以下の説明では、第１高圧電源２１を単に電源２１という。同様に、第２高圧電源２２を単に電源２２という。

なお、電源２１，２２のコモン側（リターン側）には、ロゴスキーコイル等を用いて誘導結合された線路が設けられてもよい。これらの線路により、中心電極１１を経由した電流（すなわち、すべての放電電流）をオシロスコープ（Ｏｓｃｉｌｌｏｓｃｏｐｅ）で観察することができる。

プラズマ光源１は、さらに、電圧印加装置２０からの放電電圧を放電エネルギとして外部電極１２毎に蓄積するエネルギ蓄積回路２６を備えている。エネルギ蓄積回路２６は、中心電極１１と外部電極１２との間を個別に接続する複数のコンデンサＣを含む。コンデンサＣは、電源２１，２２の出力側及びコモン側に接続されている。放電エネルギを蓄積するコンデンサＣが外部電極１２毎に設けられることにより、すべての外部電極１２において放電が発生し得る。すなわち、放電の発生タイミングに多少のずれが生じた場合でも、最初に発生した放電によって多くの放電エネルギが消費されることが防止される。エネルギ蓄積回路２６を備えることにより、同軸状電極１０において、中心電極１１の全周に亘って発生する理想的な面状放電６が得られる。

プラズマ光源１は、さらに、電圧印加装置２０に放電電流が帰還することを阻止する放電電流阻止回路２８を備えている。放電電流阻止回路２８は、外部電極１２と電圧印加装置２０（具体的には電源２１，２２のコモン側）との間を接続するインダクタＬを含む。インダクタＬは、放電電流に対して十分に高いインピーダンスを有するため、中心電極１１及び外部電極１２を経由した放電電流は、その発生源であるエネルギ蓄積回路２６に戻され得る。これにより、コンデンサＣに蓄積された放電エネルギが当該コンデンサＣに直結した外部電極１２以外の外部電極１２に供給されることを防止できる。その結果、中心電極１１の周方向における放電の発生分布に偏りが生じることを防止できる。

上述した電圧印加装置２０の動作について説明する。まず、電源２１，２２によってコンデンサＣに電荷を予め蓄積（充電）する。そして、中心電極１１と外部電極１２との間にプラズマ媒質４３の蒸気が供給されることにより、コンデンサＣの正極側から負極側へ電流が流れる。この電流は、コンデンサＣに蓄積された電荷量に相当する電流が電気回路の時定数に従ってパルス的に流れる。つまり、電荷は、中心電極１１、面状放電６、及び外部電極１２の順に流れ、最終的にコンデンサＣの負極側に戻る。この電流が流れている間に、面状放電６は中心電極１１の先端部まで移動して先端部において単一のプラズマとして収束することにより発光する。

媒質蒸気形成部３０は、レーザ装置３１と、ビームスプリッタ（ハーフミラー）３４と、ミラー３５とを有する。レーザ装置３１から出射されたレーザ光３２は、ビームスプリッタ３４及びミラー３５を介してプラズマ媒質供給部４１に照射される。このレーザ光の照射によって、プラズマ媒質４３のアブレーションが発生し、プラズマ媒質の蒸気（媒質蒸気）が発生する。また、レーザ装置３１は、プラズマの初期放電（即ち、面状放電６：図４の（ｂ）部参照）を発生させる。レーザ装置３１はたとえばＹＡＧレーザであり、アブレーションを行うために基本波又は基本波の二倍波を短パルスのレーザ光として出力する。

レーザ装置３１は、レーザ光３２を出射する。レーザ光３２は、ビームスプリッタ３４やミラー３５等の光学素子により、少なくとも２本のレーザ光３２ａ，３２ｂに分岐され、プラズマ媒質供給部４１に照射される。レーザ光３２ａ，３２ｂが照射されたプラズマ媒質４３の表面では、アブレーションによってプラズマ媒質４３の一部が媒質蒸気となって放出される。ここで媒質蒸気は、中性ガス又はイオンを含む。

また、レーザ光３２ａ，３２ｂの照射時には、同軸状電極１０の中心電極１１と外部電極１２に電圧印加装置２０による放電電圧が既に印加されている。従って、上述のアブレーションが発生すると、中心電極１１と外部電極１２との間において放電が誘発される。さらに、この放電によって面状放電６が形成される。

放電の発生箇所は、レーザ光３２の照射領域及びその近傍に制限される可能性がある。従って、レーザ光３２は軸線Ａの周方向に沿って間隔を置いて、複数且つ同時に照射することが好ましく、その数は少なくとも２箇所である。これは、誘発された放電の領域が、中心電極１１の軸を基点に１８０度以上の開き角があった実験結果に基づいている。この結果を考慮すると、照射箇所の数が少ないほど中心電極１１に対して回転対称な位置にレーザ光３２ａ，３２ｂを照射することが望ましい。なお、複数のレーザ光３２の同時照射は、ビームスプリッタ及びミラー等の光学素子を用いて光路長を合わせた複数の光路を形成することで容易に達成できる。

再び図２に示されるように、プラズマ媒質供給部４１は、プラズマ光の発生に用いられるプラズマ媒質を保持するものであり、固体又は液体であるプラズマ媒質４３と、当該プラズマ媒質４３を保持する保持部４２と、を有する。プラズマ媒質４３は、必要とされる紫外線の波長に応じて選択され得る。たとえば、１３．５ｎｍの紫外光が必要な場合は、プラズマ媒質４３は、リチウム（Ｌｉ）、キセノン（Ｘｅ）、スズ（Ｓｎ）等が用いられる。また、６．７ｎｍの紫外光が必要な場合は、プラズマ媒質は、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）等の少なくとも１つが用いられる。

プラズマ光源１は、１個の同軸状電極１０に対して２個のプラズマ媒質供給部４１を有する。なお、プラズマ媒質供給部４１の個数は２個に限定されず、同軸状電極１０の大きさや形状などに応じて適宜設定され得る。一対のプラズマ媒質供給部４１は、同軸状電極１０の周囲に配置されている。具体的には、一対のプラズマ媒質供給部４１は、軸線Ａのまわりに１８０度の間隔をもって配置されている。換言すると、一対のプラズマ媒質供給部４１は、軸線Ａに対して点対称に配置されている。また、一対のプラズマ媒質供給部４１は、軸線Ａからの距離が互いに等しい位置に配置されている。さらに、一対のプラズマ媒質供給部４１は、軸線Ａを中心とする仮想的な円周線上に等間隔に配置されている。また、プラズマ媒質供給部４１は、軸線Ａの方向においては、中心電極１１の先端から絶縁体１３の間に配置されている。

プラズマ媒質供給部４１が配置された位置について詳細に説明する。プラズマ媒質供給部４１は、中心電極１１及び外部電極１２と物理的に接触していない。まず、軸線Ａに直交する仮想平面Ｐ２を規定する（図１参照）。図２は、この仮想平面Ｐ２における同軸状電極１０の端面を示す。６本の外部電極１２は、それぞれ軸線Ｂを有する。そして、互いに隣り合う外部電極１２の軸線Ｂを通る仮想線を規定する。そうすると、同軸状電極１０では、６本の仮想線が規定され、これら６本の仮想線に囲まれた六角形状の領域ＢＳが規定されている。中心電極１１は、この領域ＢＳの中心に配置される。一方、プラズマ媒質供給部４１は、この領域ＢＳの外側に配置されている。要するに、プラズマ媒質供給部４１は、すべての外部電極１２を含むと共に中心電極１１を囲む閉じた領域ＢＳの外側に配置される。また、プラズマ媒質供給部４１と中心電極１１とは、仮想線Ｂ２を挟んで配置されるとも言える。

ここで、動作中のプラズマ光源１における電気的な状態を説明する。図３は、中心電極１１の極性を正にする場合の、同軸状電極１０と電圧印加装置２０とにより形成される電流経路Ｋを示している。図３に示されるように、電流経路Ｋは、コンデンサＣの正極側から電気回路を通じて中心電極１１に至る。ここで、中心電極１１と外部電極１２とは物理的に離間しているが、動作時においては、中心電極１１と外部電極１２との間にプラズマ媒質が存在するので、面状放電６が発生する。従って、電流は、プラズマ媒質を介して中心電極１１から外部電極１２へ至る。そして、外部電極１２から電気回路を通じてコンデンサＣの負極側に至る。

プラズマ媒質供給部４１は、電圧印加装置２０と同軸状電極１０とにより形成される電流経路Ｋに組み込まれていない。また、プラズマの発生時に同軸状電極１０を流れる電流は、プラズマ媒質供給部４１には流れない。すなわち、プラズマ媒質供給部４１は、この電流経路Ｋに対して、電気的に絶縁されている。

プラズマ媒質供給部４１は、電流経路Ｋから電気的に切り離されていればよい。電流経路Ｋから電気的に切り離されたプラズマ媒質供給部４１は、電気的に接地されていてもよい。この電気的構成によれば、プラズマ媒質４３の帯電が防止される。また、この電気的構成によれば、中心電極１１や外部電極１２の高電圧に影響されずプラズマ媒質４３の電位を一定にすることが可能となる。

また、電流経路Ｋから電気的に切り離されたプラズマ媒質供給部４１は、所定の電位に接続されてもよい。具体的には、プラズマ媒質４３を保持する保持部４２を金属などの導電性素材により形成し、保持部４２に電位を与える。例えば、比較的低い電位に接続された構成によれば、プラズマ媒質４３の電位を積極的に安定化させることができる。また、プラズマ媒質４３のイオン化が促進される。このイオン化したプラズマ媒質４３は中性ガスよりも放電のトリガーとなりやすい。一例として、プラズマ媒質４３をリチウムとして、当該プラズマ媒質４３に正の電位を印加すると、レーザアブレーションにより一部のリチウムはリチウムイオン（正イオン）として浮遊する。放電空間に到達した正イオンは、中性ガスよりも放電トリガーとなり易い。

なお、また、プラズマ媒質供給部４１は、電流経路Ｋから電気的に切り離されていれば、電気的に浮いた状態であってもよい。

続いて、図４を参照してプラズマ光源１の動作について説明する。図４の（ａ）部はレーザ光３２ａ，３２ｂの照射時の状態、図４の（ｂ）部は面状放電６の発生時の状態、図４の（ｃ）部は面状放電６の移動中の状態、図４の（ｄ）部はプラズマ７の発生時の状態、図４の（ｅ）部はプラズマ７の初期の閉じ込め時の状態、図４の（ｆ）部は高温・高密度化されたプラズマ７の状態を示している。

まず、チャンバ２内は、プラズマ７の発生に適した温度及び圧力に保持される。放電前の同軸状電極１０には、電圧印加装置２０により放電電圧が印加される。図４の（ａ）部に示されるように、放電電圧が印加された状態で、プラズマ媒質供給部４１のプラズマ媒質４３にレーザ光３２ａ，３２ｂが照射される。その直後、中心電極１１及び外部電極１２の間で放電が発生する。複数の外部電極１２のそれぞれに対して、中心電極１１との間で放電が生じる。図４の（ｂ）部に示されるように、中心電極１１の全周に亘って分布する面状放電６が得られる。

図４の（ｃ）部に示されるように、面状放電６は、自己磁場によって電極から排出される方向（中央面Ｐに向かう方向）に移動する。このときの面状放電６の形状は、軸線Ａから見て略環状である。

ここで、プラズマ光源１はエネルギ蓄積回路２６を備えているため、エネルギ蓄積回路２６と複数の外部電極１２との協働により、面状放電６の発生確率が高められている。間隔をあけて非連続的に配置される複数の外部電極１２は、連続した管状（筒状）の外部電極が採用される場合に比して、面状放電６の形成を容易にするという観点で有利である。

その後、図４の（ｄ）部に示されるように、面状放電６は同軸状電極１０の先端に達する。面状放電６が中心電極１１の先端に達したことで、その放電電流の出発点は中心電極１１の側面１１ｂから端面１１ａに移行する。この電流の移行によって、一対の面状放電６に伴って移動してきたリチウム（Ｌｉ）を含むプラズマは収束し、高密度かつ高温になる。

この現象は中央面Ｐを挟んだ同軸状電極１０で進行するため、初期プラズマは、一方の同軸状電極１０から他方の同軸状電極１０に向かって押し出される。その結果、初期プラズマは、軸線Ａに沿う両方向からの圧力を受けて同軸状電極１０が対面する中間位置（すなわち中央面Ｐの位置）に移動し、プラズマ媒質を成分とする単一のプラズマ７が形成される。

図４の（ｅ）部に示されるように、プラズマ７が形成された後も、面状放電６を通じて電流が流れ続け、プラズマ７を全体的に包囲し、プラズマ７を中心電極１１の中間付近に保持する。

面状放電６が発生している間は、プラズマ７の高密度化および高温化が進行し、リチウム（Ｌｉ）を含むイオンの電離が進行する。その結果、図４の（ｆ）部に示されるように、プラズマ７からは極端紫外光を含むプラズマ光９が放射される。この状態において、面状放電６を通じて電流が流れ続けることにより、長時間に亘って、プラズマ光９が発生し得る。

このプラズマ光源１は、動作時において中心電極１１と外部電極１２との間に媒質蒸気Ｖが供給される。この媒質蒸気Ｖは、中心電極１１と外部電極１２との間に放電を誘発する。中心電極１１と外部電極１２との間に面状放電６が生じると、中心電極１１と媒質蒸気Ｖと外部電極１２とを介する電流経路Ｋが形成される。ここで、プラズマ媒質供給部４１は、当該電流経路Ｋから電気的に絶縁されているので、電流経路Ｋを流れる電流は、プラズマ媒質供給部４１を経由することがない。導体に電流が流れるとジュール熱が生じるが、プラズマ媒質供給部４１には電流が流れないので、ジュール熱が発生することもない。従って、プラズマ媒質４３の温度上昇が抑制されてプラズマ媒質４３の状態が安定化するので、プラズマ媒質４３のアブレーションを安定的に生じさせることが可能となる。従って、中心電極１１と外部電極１２との間にプラズマ媒質４３の蒸気を安定的に供給することができる。

プラズマ媒質供給部４１が中心電極１１及び外部電極１２上に配置されていないので、プラズマを発生させるための充放電と切り離すことが可能になる。従って、高電圧及び高電流が印加される中心電極１１と外部電極１２との間に、連続的かつ安定的にプラズマ媒質を供給することができる。

中心電極１１及び外部電極１２はプラズマからの入熱によって温度が高くなる場合がある。しかし、本実施形態のプラズマ光源１では、プラズマ媒質供給部４１が中心電極１１及び外部電極１２上に配置されていないので、中心電極１１及び外部電極１２の温度の影響を抑制し、プラズマ媒質４３を一定の状態に保つことが容易に行える。このため、プラズマ媒質４３が過剰に加熱されて意図しない蒸発が発生することを抑制できる。基本的にＥＵＶ光は真空中で扱う必要がある。プラズマ光源１によれば、意図しない蒸発が抑制されるので、チャンバ２の内部を所定の圧力に容易に保つことが可能になるので、放電空間の圧力環境を維持することができる。

要するに、プラズマ光源１では、プラズマ媒質４３が電流経路Ｋから電気的に切り離されるため，高電圧・高電流の環境から解放される。従ってプラズマ媒質４３が放電等によって流動したり飛散したりするような状況が回避される。そして、プラズマ光源１によれば、連続的でより安定的な供給が容易となる。またプラズマ光源１では、プラズマ媒質４３が高温になる中心電極１１及び外部電極１２からも物理的に切り離される。従って、プラズマ媒質４３の温度上昇も抑制されるので、プラズマ媒質４３を中心電極１１及び外部電極１２とは別に温度制御することも可能となる。このため、プラズマ媒質４３の蒸気圧を一定に保つことが容易となる。

以上のように、プラズマ光源１では、プラズマ媒質４３が電気的な影響から解放され、プラズマ媒質４３の供給方法や温度制御が容易になり、放電空間への媒質供給が制御しやすくなり、プラズマ媒質４３を電気的に安定にでき、プラズマ媒質４３のイオン化を促進できる。ひいては、プラズマ光源１としての出力の安定性や発光強度を向上させることができる。また、中心電極１１及び外部電極１２は、プラズマ媒質４３の温度の制約に縛られることなく、冷却機能のスペックを緩和できる。

また、プラズマ光源１では、プラズマ媒質４３の蒸気を発生させる位置と、プラズマ７を生じさせる位置とが異なっている。この構成によれば、プラズマ７から発生されるＥＵＶ光がプラズマ媒質４３の蒸気に妨げられることがない。従って、ＥＵＶ光を効率よく出射させることができる。

以上、本発明をその実施形態に基づいて詳細に説明した。しかし、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。

例えば、図５に示されるように、プラズマ光源１Ａは、リミッタ５０（供給制御部）をさらに備えていてもよい。リミッタ５０は、媒質蒸気Ｖが拡散する方向や媒質蒸気Ｖの供給量を制御する。リミッタ５０は、プラズマ媒質供給部４１と同軸状電極１０との間に配置される。リミッタ５０は、板状の本体５１（遮蔽部）と、本体５１に設けられた光透過部５２と、貫通孔５３と、を有する。光透過部５２は、貫通孔であってもよいし、ガラス等のレーザ光に対して透明な部材であってもよい。レーザ光３２ａは、光透過部５２を介してプラズマ媒質４３に照射される。レーザ光３２ａが照射されたプラズマ媒質４３はアブレーションを生じて媒質蒸気Ｖが発生される。媒質蒸気Ｖは、プラズマ媒質４３の周囲に放射状に拡散する。そして、一部の媒質蒸気Ｖは、リミッタ５０の本体５１に遮られ、同軸状電極１０に到達しない。別の媒質蒸気Ｖは、貫通孔５３を通過して同軸状電極１０に到達する。すなわち、媒質蒸気Ｖの拡散に方向性をもたせることが可能になるので、放電空間の所望位置に媒質蒸気Ｖを供給できる。従って、軸線Ａの方向へのプラズマの拡散を抑制することができ、放電開始位置を所望の範囲に限定することができる。外部電極１２の軸線Ａの方向における放電位置が揃うと、プラズマの収束が向上して高温且つ高密度のプラズマを形成することができる。

またプラズマ媒質４３から媒質蒸気Ｖを生じさせる手段は、レーザアブレーションに代えて、その他の手段を用いてもよい。

１，１Ａ プラズマ光源
２ チャンバ
３ 排気管
６ 面状放電
７ プラズマ
９ プラズマ光
１０ 同軸状電極
１１ 中心電極
１１ａ 端面
１１ｂ 側面
１２ 外部電極
１３ 絶縁体
２０ 電圧印加装置
２１ 電源
２２ 電源
２６ エネルギ蓄積回路
２８ 放電電流阻止回路
３０ 媒質蒸気形成部
３１ レーザ装置
３２ レーザ光
３４ ビームスプリッタ
３５ ミラー
４１ プラズマ媒質供給部
４２ 保持部
４３ プラズマ媒質
５０ リミッタ
５１ 本体
５２ 光透過部
５３ 貫通孔
Ａ 軸線
Ｂ 軸線
Ｂ２ 仮想線
ＢＳ 領域
Ｃ コンデンサ
Ｐ 中央面
Ｌ インダクタ
Ｐ２ 仮想平面
Ｋ 電流経路
Ｖ 媒質蒸気

Claims (5)

1. 軸線上において互いに対面するように配置され、中心電極と前記中心電極から離間するように配置された外部電極と前記中心電極と前記外部電極とを絶縁する絶縁体とを有し、極端紫外光を放射するプラズマを発生させると共に前記プラズマを閉じ込める一対の同軸状電極と、
   前記中心電極と前記外部電極とに接続されて、前記中心電極と前記外部電極との間に電位差を生じさせる電圧印加部と、
   前記プラズマを発生させるためのプラズマ媒質を有するプラズマ媒質供給部と、
   前記プラズマ媒質から生成されると共に前記中心電極と前記外部電極との間に供給される媒質蒸気を形成する媒質蒸気形成部と、を備え、
   前記同軸状電極は、前記中心電極と前記外部電極と前記媒質蒸気とを含む電流経路を形成し、
   前記プラズマ媒質供給部は、前記電流経路に対して電気的に絶縁されている、プラズマ光源。
2. 一方の前記同軸状電極の前記中心電極は、他方の前記同軸状電極に向かって延びる棒状の導電体であって、前記軸線上に配置され、
   一方の前記同軸状電極の前記外部電極は、他方の前記同軸状電極に向かって延びる棒状の導電体であって、前記軸線のまわりに等間隔に複数配置され、
   前記プラズマ媒質供給部は、前記軸線の方向から見た場合に、すべての前記外部電極を含むと共に前記中心電極を囲む閉じた領域の外側に配置される、請求項１に記載のプラズマ光源。
3. 前記プラズマ媒質供給部は、前記外部電極から離間している、請求項１又は２に記載のプラズマ光源。
4. 前記プラズマ媒質供給部は、所定の電位に接続されている請求項１〜３の何れか一項に記載のプラズマ光源。
5. 前記プラズマ媒質供給部と前記同軸状電極との間に配置された供給制御部をさらに備え、
   前記供給制御部は、前記媒質蒸気を遮蔽する遮蔽部と、前記媒質蒸気を通過させる貫通孔と、を有する、請求項１〜４の何れか一項に記載のプラズマ光源。

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