JP2018084765A - アブレーションの調整方法 - Google Patents

Abstract

【課題】中心電極と各外部電極との間でプラズマが発生するタイミングの均一化を図ることが可能なアブレーションの調整方法を提供する。【解決手段】アブレーションの調整方法は、中心電極１１とそれぞれの外部電極１２との間に電圧を印加する工程Ｓ２（電圧印加工程）と、中心電極１１とそれぞれの外部電極１２との間にアブレーションガスを供給しプラズマを発生させる工程Ｓ３（プラズマ発生工程）と、中心電極１１とそれぞれの外部電極１２との間に流れる電流を測定する工程Ｓ４（測定工程）と、測定された複数の電流の立ち上がり時間の差と閾値とを比較する工程Ｓ５（比較工程）と、複数の電流の立ち上がり時間の差が閾値より大きい場合に、プラズマ媒質Ｍに対するレーザ光Ｌの照射条件を変更することにより、アブレーションガスの分布を調整する工程Ｓ７（調整工程）と、を含む。【選択図】図５

Description

本発明は、アブレーションの調整方法に関する。

特許文献１には、極端紫外光を発生させるプラズマ光源が記載されている。このプラズマ光源は、中心電極と外部電極との間に電圧が印加されている状態において、中心電極と複数の外部電極との間にプラズマ媒質の蒸気を供給することによりプラズマを発生させる。

特開２０１３―２５４６９３号公報

特許文献１に記載のプラズマ光源では、中心電極とそれぞれの外部電極との間に発生したプラズマを収束させることにより、高温及び高密度なプラズマを生成する。プラズマを発生させるためのアブレーションガス（プラズマ媒質の蒸気）は、個体又は液体のプラズマ媒質にレーザ光を照射してエネルギーを供給し、プラズマ媒質をアブレーション（蒸発）させることより生成される。このようなプラズマ光源では、中心電極とそれぞれの外部電極との間におけるアブレーションガスの分布に偏りがあると、中心電極とそれぞれの外部電極との間でプラズマが発生するタイミングにずれが生じる場合がある。その結果、プラズマを同時に収束させることができず、プラズマ光源の出力が低下する可能性がある。

本発明は、中心電極とそれぞれの外部電極との間でプラズマが発生するタイミングの均一化を図ることが可能なアブレーションの調整方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係るアブレーションの調整方法は、第１中心電極と第１中心電極から離間するように配置された複数の第１外部電極とを有し、極端紫外光を放出するプラズマを発生させる第１同軸状電極と、レーザ光が照射されることによりプラズマを発生させるためのアブレーションガスを放出するプラズマ媒質と、を備えるプラズマ光源において、第１中心電極とそれぞれの第１外部電極との間に電圧を印加する電圧印加工程と、プラズマ媒質にレーザ光をパルスで照射することにより第１中心電極とそれぞれの第１外部電極との間にアブレーションガスを供給し、第１中心電極とそれぞれの第１外部電極との間にプラズマを発生させるプラズマ発生工程と、プラズマ発生工程において、第１中心電極とそれぞれの第１外部電極との間に流れる電流を測定する測定工程と、測定工程において測定された複数の電流の立ち上がり時間の差と閾値とを比較する比較工程と、複数の電流の立ち上がり時間の差が閾値より大きい場合に、プラズマ媒質に対するレーザ光の照射条件を変更することにより、アブレーションガスの分布を調整する調整工程と、を含む。

このアブレーションの調整方法では、アブレーションガスの分布を調整する調整工程により、第１中心電極とそれぞれの第１外部電極との間に流れる電流の立ち上がり時間の差が閾値より大きい場合に、プラズマ媒質に対するレーザ光の照射条件を変更する。それぞれの電流の立ち上がり時間、すなわち、プラズマが発生するタイミングは、アブレーションガスの濃度によって変化する。したがって、アブレーションガスの分布を調整することにより、第１中心電極とそれぞれの第１外部電極との間でプラズマが発生するタイミングの均一化を図ることが可能である。

いくつかの態様において、プラズマ光源は、軸線上において第１同軸状電極と対面するように配置され、第２中心電極と第２中心電極から離間するように配置された複数の第２外部電極とを有し、極端紫外光を放出するプラズマを発生させる第２同軸状電極を更に備え、電圧印加工程では、第１中心電極とそれぞれの第１外部電極との間、及び、第２中心電極とそれぞれの第２外部電極との間に電圧を印加し、プラズマ発生工程では、第１中心電極とそれぞれの第１外部電極との間、及び、第２中心電極とそれぞれの第２外部電極との間にアブレーションガスを供給し、第１中心電極とそれぞれの第１外部電極との間、及び、第２中心電極とそれぞれの第２外部電極との間にプラズマを発生させ、測定工程では、第１中心電極とそれぞれの第１外部電極との間、及び、第２中心電極とそれぞれの第２外部電極との間に流れる電流をそれぞれ測定してもよい。この方法によれば、第１中心電極とそれぞれの第１外部電極との間、及び、第２中心電極とそれぞれの第２外部電極との間に流れる複数の電流の立ち上がり時間の差と閾値とを比較し、アブレーションガスの分布の調整が行われる。したがって、第１同軸状電極と第２同軸状電極との間においても、プラズマが発生するタイミングの均一化を図ることが可能である。

いくつかの態様において、プラズマ光源は、レーザ光の光路上に配置されてレーザ光を反射する光反射部を更に備え、調整工程では、光反射部によってレーザ光の照射位置を変更することによりアブレーションガスの分布を調整してもよい。この方法によれば、アブレーションガスが放出される位置を変更することができるので、第１中心電極とそれぞれの第１外部電極との間のアブレーションガスの分布を調整することが可能である。第２同軸状電極が設けられている場合には、第２中心電極とそれぞれの第２外部電極との間のアブレーションガスの分布を調整することが可能である。

いくつかの態様において、調整工程では、レーザ光が照射されるプラズマ媒質の照射面の角度を変更することによりアブレーションガスの分布を調整してもよい。アブレーションガスは、プラズマ媒質の照射面に対して垂直方向を中心として放出される。この方法によれば、アブレーションガスが放出される方向を変更することができるので、第１中心電極とそれぞれの第１外部電極との間のアブレーションガスの分布を調整することが可能である。第２同軸状電極が設けられている場合には、第２中心電極とそれぞれの第２外部電極との間のアブレーションガスの分布を調整することが可能である。

いくつかの態様において、調整工程では、レーザ光の強度を変更することによりアブレーションガスの分布を調整してもよい。この方法によれば、レーザ光のエネルギー密度が変わるので、アブレーションガスが生成される量を変更することができる。したがって、第１中心電極とそれぞれの第１外部電極との間のアブレーションガスの分布を調整することが可能である。第２同軸状電極が設けられている場合には、第２中心電極とそれぞれの第２外部電極との間のアブレーションガスの分布を調整することが可能である。

本発明によれば、中心電極と各外部電極との間でプラズマが発生するタイミングの均一化を図ることが可能なアブレーションの調整方法が提供される。

本発明の一実施形態に係るアブレーションの調整方法を実施可能なプラズマ光源の一例を概略的に示す図である。 図１に示された同軸状電極と光路制御部との構成を示す図である。 光反射部におけるレーザ光の照射位置の変更を示す図である。 プラズマ光源の動作を説明するための図である。 本発明の一実施形態に係るアブレーションの調整方法を示すフロー図である。 調整工程前に測定されたそれぞれの電流の一例を示す図である。 調整工程後に測定されたそれぞれの電流の一例を示す図である。 第１変形例に係るアブレーションの調整方法を実施可能なプラズマ光源の一部を概略的に示す図である。 第２変形例に係るアブレーションの調整方法を実施可能なプラズマ光源の一部を概略的に示す図である。

以下、図面を参照して種々の実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１を参照して、本発明の一実施形態に係るアブレーションの調整方法を実施可能なプラズマ光源１について説明する。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している。プラズマフォーカス方式は、第１中心電極１１Ａ（中心電極１１）と、当該第１中心電極１１Ａから離間するように配置された複数の第１外部電極１２Ａ（外部電極１２）とを有する第１同軸状電極１０Ａ、及び、第２中心電極１１Ｂ（中心電極１１）と、当該第２中心電極１１Ｂから離間するように配置された第２外部電極１２Ｂ（外部電極１２）と、を有する第２同軸状電極１０Ｂ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、第１中心電極１１Ａと第１外部電極１２Ａとの間、及び、第２中心電極１１Ｂと第２外部電極１２Ｂ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、第１中心電極１１Ａと第１外部電極１２Ａとの間、及び、第２中心電極１１Ｂと第２外部電極１２Ｂとの間にそれぞれリング状の初期プラズマを生成させる。初期プラズマは、第１中心電極１１Ａ及び第２中心電極１１Ｂの先端部で収束して高温及び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では、プラズマ源としての第１同軸状電極１０Ａと第２同軸状電極１０Ｂとが互いに向かい合うように配置される。そして、それぞれの中心電極１１（第１中心電極１１Ａ及び第２中心電極１１Ｂ）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アブレーション（蒸発）させる方式がある。この方式では、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アブレーションガス（媒質蒸気）を発生させる。このアブレーションガスを介して、第１中心電極１１Ａと第１外部電極１２Ａとの間、及び、第２中心電極１１Ｂと第２外部電極１２Ｂとの間に放電を生じさせる。また、プラズマ媒質は、固体、液体、気体の何れであってもよく、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、スズ、及びキセノン等を用いることがある。

プラズマ光源１は、例えば、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、例えば、波長が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（第１同軸状電極１０Ａ及び第２同軸状電極１０Ｂ）と、同軸状電極１０に電位差を生じさせる電圧印加装置２０と、アブレーションガスを形成するアブレーションガス形成部３０と、プラズマ媒質を供給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）がもうけられている。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。それぞれの同軸状電極１０は、中心電極１１と、複数の外部電極１２と、中心電極１１と複数の外部電極１２とを絶縁する絶縁体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において一方の同軸状電極１０の中心電極１１は、他方の同軸状電極１０に向かって延びる。中心電極１１は、例えば、タングステン（Ｗ）又はモリブデン（Ｍｏ）等の高温プラズマに対して損傷され難い高融点金属から形成される。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の端面は、例えば半球状である。中心電極１１の側面は、例えば円錐状である。

一方の同軸状電極１０の外部電極１２は、他方の同軸状電極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に対して傾斜した方向に延びていてもよい。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は中心電極１１の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、例えば、タングステン（Ｗ）又はモリブデン（Ｍｏ）等の高温プラズマに対して損傷され難い高融点金属から形成される。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。他方の同軸状電極１０においても、中心電極１１と複数の外部電極１２とは、上記した一方の同軸状電極１０と同様に構成されている。

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。一対の同軸状電極１０は、それぞれ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及び外部電極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（図４参照）に至る。

再び図１に示されるように、絶縁体１３は、例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している。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、第１同軸状電極１０Ａの中心電極１１に接続されている。第１高圧電源２１のコモン側は、その中心電極１１に対応する外部電極１２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、第２同軸状電極１０Ｂの中心電極１１に接続されている。第２高圧電源２２のコモン側は、その中心電極１１に対応する外部電極１２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。何れの高圧電源のコモン側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。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、更に、電圧印加装置２０からの放電電圧を放電エネルギーとして外部電極１２毎に蓄積するエネルギー蓄積回路２６を備えている。エネルギー蓄積回路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２６ａを含む。コンデンサ２６ａは、電源２１，２２の出力側及びコモン側に接続されている。放電エネルギーを蓄積するコンデンサ２６ａ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ーが消費されることが防止される。エネルギー蓄積回路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、更に、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２８ａを含む。インダクタ２８ａ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ー蓄積回路２６に戻され得る。これにより、コンデンサ２６ａに蓄積された放電エネルギーが当該コンデンサ２６ａ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２６ａ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Ｍの蒸気が供給されることにより、コンデンサ２６ａ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２６ａ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２６ａ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。

アブレーションガス形成部３０は、レーザ光Ｌを出射するレーザ装置３１を有し、レーザ光Ｌをプラズマ媒質供給部４１に提供する。例えば、アブレーションガス形成部３０は、ビーム径３０ｍｍのレーザ光Ｌを集光し、プラズマ媒質Ｍ（図３参照）に照射する。レーザ光Ｌが照射されたプラズマ媒質Ｍの照射面Ｍａ（図３参照）では、アブレーションによってプラズマ媒質Ｍの一部が、プラズマ媒質Ｍの蒸気（アブレーションガス）となって放出される。アブレーションガスは、中性ガス又はイオンを含む。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７の（ｂ）部参照）を発生させる。レーザ装置３１は例えば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パルスのレーザ光Ｌとして出力する。

アブレーションガス形成部３０は、更に、光路制御部３２を有する。図２に示されるように、光路制御部３２は、レーザ光Ｌを分割すると共に、レーザ光Ｌの光路の方向を変更することにより、レーザ光Ｌをプラズマ媒質供給部４１に提供する。本実施形態において、プラズマ媒質供給部４１は中心電極１１の外周面に設けられている。光路制御部３２は、ビームスプリッタ３４及びミラー３５（光反射部）を有する。ビームスプリッタ３４は、レーザ装置３１から出射されたレーザ光Ｌの光路上に配置される。ビームスプリッタ３４は、入射されるレーザ光Ｌの一部を透過すると共に、残りを入射方向に対応する所定の方向へ反射する。すなわち、ビームスプリッタ３４は、入射されるレーザ光Ｌの光路方向に対して平行な光路と、入射されるレーザ光Ｌの光路方向に対してレーザ光Ｌの入射角度に対応する方向の光路とを形成する。また、ミラー３５は、入射されるレーザ光Ｌのすべてを入射方向に対応する方向へ反射する。すなわち、ミラー３５は、入射されるレーザ光Ｌの光路方向に対して９０°だけ傾いた光路を形成する。

なお、図２に示されるビームスプリッタ３４及びミラー３５の配置は一例であり、レーザ装置３１とプラズマ媒質供給部４１との位置関係に応じて、必要な数のビームスプリッタ３４及びミラー３５を用いて、所望の光路が形成されるように配置してよい。

光路制御部３２は、ビームスプリッタ３４及びミラー３５に加えて、更にミラー３５の姿勢を制御する姿勢制御部３６を有する。具体的には、姿勢制御部３６は、ミラー３５を所定の軸線Ａ１のまわりに回転させる装置であり、ミラー３５へ入射されるレーザ光Ｌに対するミラー３５の角度を制御する。図３に示されるように、レーザ光Ｌの入射方向が一定である場合に、ミラー３５を時計方向に微小角度だけ回転させると、ミラー３５へのレーザ光Ｌの入射角度が変わる。そして、ミラー３５において反射されるレーザ光Ｌの方向は、レーザ光Ｌの入射角度に対応して、変化する。この場合、レーザ光Ｌの照射位置が変化する。このように、ミラー３５の角度を変更することにより、レーザ光Ｌの反射方向が変わる。レーザ光Ｌの反射方向が変わると、プラズマ媒質供給部４１へのレーザ光Ｌの照射位置が変わる。

レーザ光Ｌ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。したがって、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。更に、この放電によって面状放電６（図４参照）が形成される。

放電の発生箇所は、レーザ光Ｌの照射領域及びその近傍に制限される可能性がある。したがって、レーザ光Ｌ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Ｌを照射することが望ましい。なお、複数のレーザ光Ｌ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。

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Ｍを供給する。プラズマ媒質Ｍ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Ｍ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Ｍ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。

続いて、図４を参照してプラズマ光源の動作について説明する。図４の（ａ）部はレーザ光Ｌ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）部は面状放電６が電極の先端近傍に達した状態、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）部は高温及び高密度化されたプラズマ７の状態を示している。

図４（ａ）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Ｍにレーザ光Ｌが照射されるとアブレーションガスが生成され、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。これにより、図４（ｂ）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（ｃ）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はエネルギー蓄積回路２６を備えているため、エネルギー蓄積回路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（ｄ）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Ｍを成分とする単一のプラズマ７が形成される。

図４（ｅ）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の高密度化及び高温化が進行し、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（ｆ）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。

ここで、図５を参照して本発明の一実施形態に係るアブレーションの調整方法について説明する。このアブレーションの調整方法は、プラズマ光源１の運転開始前の試運転段階において行われるものである。図５に示されるように、このアブレーションの調整方法ではまず、プラズマ光源１の立ち上げが行われる（工程Ｓ１）。工程Ｓ１では、チャンバ２内を真空状態にする等、プラズマを発生させるための準備が行われる。次に、中心電極１１とそれぞれの外部電極１２との間に電圧が印加される（工程Ｓ２、電圧印加工程）。工程Ｓ２では、電圧印加装置２０により、第１同軸状電極１０Ａ及び第２同軸状電極１０Ｂのそれぞれに電圧が印加される。

続いて、中心電極とそれぞれの外部電極との間にプラズマ（初期プラズマ）を発生させる（工程Ｓ３、プラズマ発生工程）。工程Ｓ３では、プラズマ媒質Ｍにレーザ光Ｌをパルスで照射し、プラズマ媒質Ｍをアブレーションさせる。これにより、中心電極１１と外部電極１２との間にアブレーションガスを供給され、中心電極１１と外部電極１２との間に一時的にプラズマ（初期プラズマ）が発生する。このようにプラズマが発生したとき、中心電極１１と外部電極１２との間に電流が流れる。

次に、工程Ｓ３において、中心電極１１とそれぞれの外部電極１２との間に流れる電流を測定する（工程Ｓ４、測定工程）。複数の電流は、例えば、それぞれの外部電極１２に対してロゴスキーコイル等を用いて誘導結合された線路を設け、オシロスコープ等によりこの線路に流れる電流を検出することにより測定することができる。

次に、工程Ｓ４において測定された複数の電流の立ち上がり時間の差と閾値とを比較する（工程Ｓ５、比較工程）。ここで、電流の「立ち上がり時間」とは、レーザ光Ｌを照射してから電流が一定の値を超えるまでの時間をいう。「一定の値」は、例えば、電流のピーク値の１／１０〜１／２０程度に設定することができる。また、複数の電流の「立ち上がり時間の差」とは、例えば、計測された複数の電流の立ち上がり時間のうち、最も遅い立ち上がり時間と最も早い立ち上がり時間との差とすることができる。閾値は、例えば、工程Ｓ３において発生したプラズマ（初期プラズマ）が中心電極１１の先端に移動するまでの時間（プラズマ到達時間）の１／１０以下とすることができる。なお、プラズマが中心電極１１の先端に移動するまでの時間は、電流量と中心電極１１の長さに依存する。本実施形態のようにプラズマ光源１が第１同軸状電極１０Ａ及び第２同軸状電極１０Ｂを備えた対向型プラズマフォーカス型である場合には、第１中心電極１１Ａと第１外部電極１２Ａとの間、及び、第２中心電極１１Ｂと第２外部電極１２Ｂとの間に流れる合計１２個の電流から「立ち上がり時間の差」を求めることができる。また、第１同軸状電極１０Ａ及び第２同軸状電極１０Ｂのそれぞれにおいて、合計６個の電流から「立ち上がり時間の差」を求めてもよい。

工程Ｓ５において、複数の電流の立ち上がり時間の差が閾値よりも小さい場合には、レーザ光Ｌを連続してプラズマ媒質Ｍに照射し、プラズマ光源１の運転を開始する（工程Ｓ６）。反対に、工程Ｓ５において、複数の電流の立ち上がり時間の差が閾値よりも大きい場合には、アブレーションガスの分布を調整する（工程Ｓ７、調整工程）。

この調整工程において、アブレーションガスの分布は、プラズマ媒質Ｍに対するレーザ光Ｌの照射条件を変更することにより調節される。より具体的には、姿勢制御部３６によってミラー３５（図３参照）の角度を変え、プラズマ媒質Ｍに対するレーザ光Ｌの照射位置を変更する。これにより、アブレーションガスが放出される位置を変更することができる。例えば、アブレーションガスの濃度が低い部分においては電流の立ち上がり時間が遅くなると予想されるので、電流の立ち上がり時間が遅い外部電極１２の近くにレーザ光Ｌが照射されるように調整することができる。なお、ミラー３５の角度を変えず、レーザ光Ｌの光路上においてミラー３５を移動させることによってレーザ光Ｌの照射位置を変更してもよい。

このようにアブレーションガスの分布を調整することにより、複数の電流の立ち上がり時間の差を小さくすることが可能である。図６は、調整工程（工程Ｓ７）の前に測定されたそれぞれの電流の一例を示す図である。また、図７は調整工程（工程Ｓ７）の後に測定されたそれぞれの電流の一例を示す図である。なお、図６及び図７では、説明の簡単のために４つの電流のみを示している。図６及び図７に示されるように、工程Ｓ７においてアブレーションガスの分布を調整したことにより、４つの電流の立ち上がり時間の差を小さくすることが可能である。

工程Ｓ７においてアブレーションガスの分布を調整した後、工程Ｓ３〜工程Ｓ５を再度実行する。このように、複数の電流の立ち上がり時間の差が閾値よりも小さくなるまで、工程Ｓ７、工程Ｓ３、工程Ｓ４、及び工程Ｓ５を繰り返し実行する。これにより、運転を開始する工程である工程Ｓ６において中心電極１１とそれぞれの外部電極１２との間でプラズマが発生するタイミングの均一化が図られるので、高温及び高密度なプラズマ７を生成することができる。

以上説明したように、本発明の一実施形態に係るアブレーションの調整方法では、アブレーションガスの分布を調整する工程Ｓ７（調整工程）により、第１中心電極１１Ａとそれぞれの第１外部電極１２Ａとの間に流れる複数の電流の立ち上がり時間の差が閾値より大きい場合に、プラズマ媒質Ｍに対するレーザ光Ｌの照射条件を変更する。それぞれの電流の立ち上がり時間、すなわち、プラズマが発生するタイミングは、アブレーションガスの濃度によって変化する。したがって、アブレーションガスの分布を調整することにより、第１中心電極１１Ａとそれぞれの第１外部電極１２Ａとの間でプラズマが発生するタイミングの均一化を図ることが可能である。

また、工程Ｓ２（電圧印加工程）では、第１中心電極１１Ａとそれぞれの第１外部電極１２Ａとの間、及び、第２中心電極１１Ｂとそれぞれの第２外部電極１２Ｂとの間に電圧を印加する。工程Ｓ３（プラズマ発生工程）では、第１中心電極１１Ａとそれぞれの第１外部電極１２Ａとの間、及び、第２中心電極１１Ｂとそれぞれの第２外部電極１２Ｂとの間にアブレーションガスを供給し、第１中心電極１１Ａとそれぞれの第１外部電極１２Ａとの間、及び、第２中心電極１１Ｂとそれぞれの第２外部電極１２Ｂとの間にプラズマを発生させる。工程Ｓ４（測定工程）では、第１中心電極１１Ａとそれぞれの第１外部電極１２Ａとの間、及び、第２中心電極１１Ｂとそれぞれの第２外部電極１２Ｂとの間に流れる電流をそれぞれ測定する。これにより、第１中心電極１１Ａとそれぞれの第１外部電極１２Ａとの間、及び、第２中心電極１１Ｂとそれぞれの第２外部電極１２Ｂとの間に流れる複数の電流の立ち上がり時間の差と閾値とを比較し、アブレーションガスの分布の調整が行われる。したがって、第１同軸状電極１０Ａと第２同軸状電極１０Ｂとの間においても、プラズマが発生するタイミングの均一化を図ることが可能である。

プラズマ光源１は、レーザ光Ｌの光路上に配置されてレーザ光Ｌを反射するミラー３５を備え、工程Ｓ７（調整工程）では、ミラー３５によってレーザ光Ｌの照射位置を変更することによりアブレーションガスの分布を調整する。これにより、アブレーションガスが放出される位置を変更することができるので、第１中心電極１１Ａとそれぞれの第１外部電極１２Ａとの間のアブレーションガスの分布を調整することが可能である。また、第２中心電極１１Ｂとそれぞれの第２外部電極１２Ｂとの間のアブレーションガスの分布を調整することが可能である。

次に、アブレーションの調整方法の第１変形例について説明する。図８は、第１変形例に係るアブレーションの調整方法を実施可能なプラズマ光源の一部を概略的に示す図である。プラズマ光源１では、プラズマ媒質供給部４１はそれぞれの中心電極１１の外周面に１つずつ設けられていたのに対し、図８に示されるように、第１変形例に係るアブレーションの調整方法を実施可能なプラズマ光源１Ｂでは、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を有しており、プラズマ媒質供給部４１は同軸状電極１０の外側に設けられている。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の大きさや形状等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の周りに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からの距離が互いに等しい位置に配置されている。更に、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おいて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。一対のプラズマ媒質供給部４１は、それぞれ軸線Ａ４１を中心として回転可能に構成されている。

上記の構成を有するプラズマ光源１Ｂにおいてアブレーションガスの分布を調整する場合には、工程Ｓ７において、プラズマ媒質供給部４１の角度を変更する。これにより、レーザ光Ｌが照射されるプラズマ媒質Ｍの照射面Ｍａの角度を変更する。アブレーションガスは、プラズマ媒質の照射面に対して垂直方向を中心として放出される。この方法によれば、アブレーションガスが放出される方向を変更することができるので、中心電極１１とそれぞれの外部電極１２との間のアブレーションガスの分布を調整することが可能である。すなわち、本変形例における「照射条件」は、プラズマ媒質Ｍの照射面Ｍａの角度である。

次に、アブレーションの調整方法の第２変形例について説明する。図９は、第２変形例に係るアブレーションの調整方法を実施可能なプラズマ光源の一部を概略的に示す図である。図９に示されるように、第２変形例に係るアブレーションの調整方法を実施可能なプラズマ光源１Ｃのアブレーションガス形成部３０は、エネルギー制御部３３を有している。

エネルギー制御部３３は、プラズマ媒質Ｍへのレーザ光Ｌの照射条件の変更によって、プラズマ媒質Ｍへ供給されるエネルギーを調整することができる。図９に示されるように、エネルギー制御部３３は、焦点制御部３７を有する。焦点制御部３７は、光路制御部３２とプラズマ媒質供給部４１との間に配置され、プラズマ媒質Ｍに対してレーザ光Ｌの集光位置を調整することができる。焦点制御部３７は、レンズ３７ａとレンズ駆動部３７ｂとを有する。レンズ３７ａは、光路上において光路制御部３２のミラー３５とプラズマ媒質供給部４１との間に配置され、レーザ光Ｌを焦点位置ＦＰに収束させる。レンズ３７ａの焦点距離は、例えば３００ｍｍである。レンズ駆動部３７ｂは、レンズ３７ａをレンズ３７ａの光軸Ａ２の方向に沿って往復移動させる。なお、エネルギー制御部３３は、レーザ光Ｌを出射するレーザ装置の出力を制御することによってプラズマ媒質Ｍへ供給されるエネルギーを調整してもよい。

上記の構成を有するプラズマ光源１Ｂにおいてアブレーションガスの分布を調整する場合には、工程Ｓ７において、レーザ光Ｌの集光位置を変更する。これにより、レーザ光Ｌの強度を変更し、アブレーションガスの分布を調整する。この方法によれば、プラズマ媒質Ｍに照射されるレーザ光Ｌのエネルギー密度が変わるので、アブレーションガスが生成される量を変更することができる。より具体的には、プラズマ媒質Ｍの照射面Ｍａ上にレーザ光Ｌの焦点位置ＦＰがあるときは、レーザ光Ｌのエネルギー密度が最も大きくなるので、レーザ光Ｌの焦点位置ＦＰをプラズマ媒質Ｍの照射面Ｍａ上からずらすこと、すなわち、デフォーカスさせることにより、アブレーションガスの濃度を低下させることができる。したがって、中心電極１１とそれぞれの外部電極１２との間のアブレーションガスの分布を調整することが可能である。すなわち、本変形例における「照射条件」は、プラズマ媒質Ｍへ供給されるエネルギーである。

以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明は上述した実施形態に限定されることなく種々の変形態様を採用可能である。例えば、上記の実施形態では一対の同軸状電極１０に対して、中心電極１１とそれぞれの外部電極１２との間に流れる複数の電流（１２個の電流）を測定し、アブレーションガスの分布を調整していたが、一方の同軸状電極１０のみに対して中心電極１１とそれぞれの外部電極１２との間に流れる複数の電流（６個の電流）を測定し、アブレーションガスの分布を調整してもよい。

また、上記の実施形態では、工程Ｓ７における照射条件の変更として、レーザ光Ｌの照射位置を変更する場合、プラズマ媒質Ｍの照射面Ｍａの角度を変更する場合、レーザ光Ｌの強度を変更する場合についてそれぞれ説明したが、これらを組み合わせてアブレーションガスの分布を調整してもよい。例えば、プラズマ光源１がエネルギー制御部３３を更に備えている場合には、工程Ｓ７において、レーザ光Ｌの照射位置及びレーザ光Ｌの強度を変更することによりアブレーションガスの分布を調整してもよい。

１、１Ｂ、１Ｃ 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
１０Ａ 第１同軸状電極
１０Ｂ 第２同軸状電極
１１ 中心電極
１１Ａ 第１中心電極
１１Ｂ 第２中心電極
１１ａ 端面
１１ｂ 側面
１２ 外部電極
１２Ａ 第１外部電極
１２Ｂ 第２外部電極
１３ 絶縁体
２０ 電圧印加装置
２１、２２ 高圧電源（電源）
２６ エネルギー蓄積回路
２６ａ コンデンサ
２８ 放電電流阻止回路
２８ａ インダクタ
３０ アブレーションガス形成部
３１ レーザ装置
３２ 光路制御部
３３ エネルギー制御部
３４ ビームスプリッタ
３５ ミラー（光反射部）
３６ 姿勢制御部
３７ 焦点制御部
３７ａ レンズ
３７ｂ レンズ駆動部
４１ プラズマ媒質供給部
ＦＰ 焦点位置
Ｌ レーザ光
Ｍ プラズマ媒質
Ｍａ 照射面
Ｐ 中央面

Claims (5)

1. 第１中心電極と前記第１中心電極から離間するように配置された複数の第１外部電極とを有し、極端紫外光を放出するプラズマを発生させる第１同軸状電極と、レーザ光が照射されることにより前記プラズマを発生させるためのアブレーションガスを放出するプラズマ媒質と、を備えるプラズマ光源において、
   前記第１中心電極とそれぞれの前記第１外部電極との間に電圧を印加する電圧印加工程と、
   前記プラズマ媒質に前記レーザ光をパルスで照射することにより前記第１中心電極とそれぞれの前記第１外部電極との間に前記アブレーションガスを供給し、前記第１中心電極とそれぞれの前記第１外部電極との間に前記プラズマを発生させるプラズマ発生工程と、
   前記プラズマ発生工程において、前記第１中心電極とそれぞれの前記第１外部電極との間に流れる電流を測定する測定工程と、
   前記測定工程において測定された複数の電流の立ち上がり時間の差と閾値とを比較する比較工程と、
   複数の前記電流の立ち上がり時間の差が前記閾値より大きい場合に、前記プラズマ媒質に対する前記レーザ光の照射条件を変更することにより、前記アブレーションガスの分布を調整する調整工程と、を含む、アブレーションの調整方法。
2. 前記プラズマ光源は、軸線上において前記第１同軸状電極と対面するように配置され、第２中心電極と前記第２中心電極から離間するように配置された複数の第２外部電極とを有し、前記極端紫外光を放出する前記プラズマを発生させる第２同軸状電極を更に備え、
   前記電圧印加工程では、前記第１中心電極とそれぞれの前記第１外部電極との間、及び、前記第２中心電極とそれぞれの前記第２外部電極との間に電圧を印加し、
   前記プラズマ発生工程では、前記第１中心電極とそれぞれの前記第１外部電極との間、及び、前記第２中心電極とそれぞれの前記第２外部電極との間に前記アブレーションガスを供給し、前記第１中心電極とそれぞれの前記第１外部電極との間、及び、前記第２中心電極とそれぞれの前記第２外部電極との間に前記プラズマを発生させ、
   前記測定工程では、前記第１中心電極とそれぞれの前記第１外部電極との間、及び、前記第２中心電極とそれぞれの前記第２外部電極との間に流れる電流をそれぞれ測定する、請求項１に記載のアブレーションの調整方法。
3. 前記プラズマ光源は、前記レーザ光の光路上に配置されて前記レーザ光を反射する光反射部を更に備え、
   前記調整工程では、前記光反射部によって前記レーザ光の照射位置を変更することにより前記アブレーションガスの分布を調整する、請求項１又は２に記載のアブレーションの調整方法。
4. 前記調整工程では、前記レーザ光が照射される前記プラズマ媒質の照射面の角度を変更することにより前記アブレーションガスの分布を調整する、請求項１〜３の何れか一項に記載のアブレーションの調整方法。
5. 前記調整工程では、前記レーザ光の強度を変更することにより前記アブレーションガスの分布を調整する、請求項１〜４の何れか一項に記載のアブレーションの調整方法。

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