JP5552872B2 - プラズマ光源とプラズマ光発生方法 - Google Patents

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。

また、プラズマ媒質としてＬｉ（リチウム）を用いる場合、Ｌｉプラズマにおける有効波長領域（１３．５ｎｍ近傍）のＥＵＶ光を発する励起準位の輻射冷却時間（すなわち発光寿命）が比較的長い（例えば、０．５〜５μｓｅｃ）。そのため、Ｌｉの励起からＥＵＶ光を発するまでの時間（発光寿命）が長いため、高出力化が困難という問題点があった。

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、有効波長領域（１３．５ｎｍ近傍）のＥＵＶ光を発する励起準位の輻射冷却時間を実質的に短縮し、ＥＵＶ光の高出力化を達成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、単一の軸線上に延びる棒状の中心電極と、該中心電極を一定の間隔を隔てて囲む管状のガイド電極と、中心電極とガイド電極の間に位置しその間を絶縁するリング状の絶縁体とからなり、対向配置された１対の同軸状電極と、
各同軸状電極内を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、
１３．５ｎｍ近傍に発光ラインを持つプラズマ媒体と、１３．５ｎｍ近傍に発光ラインを有しかつ前記プラズマ媒体より輻射冷却時間が短い添加物とを同軸状電極間に供給し、
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、 該プラズマ内において励起されたプラズマ媒体のイオンと励起していない添加物のイオンとの間で共鳴エネルギー移転を生じさせ、プラズマ媒体と添加物の両方から１３．５ｎｍ近傍のＥＵＶ光を発光させる、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、前記絶縁体は、前記プラズマ媒体を主成分とする常温で固体の絶縁化合物と添加物とからなり、
前記中心電極とガイド電極間の面状放電により、前記絶縁化合物の表面を気化してプラズマ媒体及び前記添加物を同軸状電極間に供給する。

また本発明の別の実施形態によれば、前記絶縁体は、前記プラズマ媒体を主成分とする常温で固体の絶縁化合物からなり、
さらに、前記添加物を前記同軸状電極間に供給する添加物供給装置を備え、
前記中心電極とガイド電極間の面状放電により、前記絶縁化合物の表面を気化してプラズマ媒体を同軸状電極間に供給し、同時に前記添加物を前記同軸状電極間に供給する。

前記プラズマ媒体はリチウムであり、前記絶縁化合物は、水素化リチウム、塩化リチウム、酸化リチウム、又は窒化リチウムの粉体である、ことが好ましい。

また本発明の別の実施形態によれば、前記プラズマ媒体と前記添加物の混合液を加熱して液化維持あるいは気化して前記同軸状電極間に供給するプラズマ媒体加熱装置を備える。

また本発明の別の実施形態によれば、前記プラズマ媒体を気化して前記同軸状電極間に供給するプラズマ媒体加熱装置と、
前記添加物を前記同軸状電極間に供給する添加物供給装置とを備える。

本発明の好ましい実施形態によれば、前記添加物は、Ｃ、Ｎａ、Ｆ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｎｅ、Ｆ、又はＸｅである、ことが好ましい。

また本発明によれば、（Ａ） 単一の軸線上に延びる棒状の中心電極と、該中心電極を一定の間隔を隔てて囲む管状のガイド電極と、中心電極とガイド電極の間に位置しその間を絶縁するリング状の絶縁体とからなり、対向配置された１対の同軸状電極を準備し、
（Ｂ） 前記１対の同軸状電極内をプラズマ発生に適した温度及び圧力に保持し、
（Ｃ） １３．５ｎｍ近傍に発光ラインを持つプラズマ媒体と、１３．５ｎｍ近傍に発光ラインを有しかつ前記プラズマ媒体より輻射冷却時間が短い添加物とを前記同軸状電極間に供給しながら、各同軸状電極の中心電極とガイド電極間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、
（Ｄ） 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軸方向に封じ込め、
（Ｅ） プラズマ内において励起されたプラズマ媒体のイオンと励起していない添加物のイオンとの間で共鳴エネルギー移転を生じさせ、プラズマ媒体と添加物の両方から１３．５ｎｍ近傍のＥＵＶ光を発光させる、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。

また本発明の装置及び方法によれば、１３．５ｎｍ近傍に発光ラインを持つプラズマ媒体と、１３．５ｎｍ近傍に発光ラインを有しかつ前記プラズマ媒体より輻射冷却時間が短い添加物とを同軸状電極間に供給するので、プラズマ媒体と添加物からなる単一のプラズマが形成される。
このプラズマ内において、励起されたプラズマ媒体のイオンが、励起していない添加物のイオンと衝突すると、プラズマ媒体のイオンと添加物のイオンとの間で共鳴エネルギー移転（共鳴励起）が生じるので、励起していない添加物イオンが励起され、プラズマ媒体は励起されていない状態となる。

添加物イオンの輻射冷却時間（発光寿命）はプラズマ媒体のイオンと比較して短い（例えば５０ｎｓｅｃ未満）ので、励起された添加物イオンは共鳴励起で得たエネルギーに相当する１３．５ｎｍ近傍のＥＵＶ光を発光して下位準位に戻る。
また、下位準位に戻った添加物イオンは、励起されたプラズマ媒体のイオンと衝突し、共鳴励起、ＥＵＶ光の発光を繰り返す。

従って、上記発光サイクルにより、プラズマ媒体自体の発光寿命が非常に長い（例えば０．５〜５μｓｅｃ）場合でも、それに加えて添加物が共鳴励起で得たエネルギーに相当する１３．５ｎｍ近傍のＥＵＶ光を発光するので、発光サイクルにエネルギー移転のプロセスが増えるが、総合的にはプラズマ媒体の励起からＥＵＶ発光までの時間が短縮され、高出力化が達成できる。

本発明によるプラズマ光源の原理図である。 本発明によるプラズマ光源の第１実施形態図である。 本発明によるプラズマ光源の第２実施形態図である。 本発明によるプラズマ光源の第３実施形態図である。 本発明によるプラズマ光源の第４実施形態図である。 本発明による共鳴エネルギー移転（共鳴励起）の説明図である。 本発明によるプラズマ光源の作動説明図である。

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、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。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放電電圧を印加する。
電圧印加装置３０は、この例では、正電圧源３２、負電圧源３４及びトリガスイッチ３６からなる。
正電圧源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。
負電圧源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。
トリガスイッチ３６は、正電圧源３２と負電圧源３４を同時に作動させて、それぞれの同軸状電極１２に同時に正負の放電電圧を印加する。
この構成により、本発明のプラズマ光源は、１対の同軸状電極１１間に管状放電（後述する）を形成してプラズマを軸方向に封じ込めるようになっている。

上述した本発明のプラズマ光源１０は、１３．５ｎｍ近傍に発光ラインを持つプラズマ媒体６と、１３．５ｎｍ近傍に発光ラインを有しかつプラズマ媒体６より輻射冷却時間が短い添加物７とを同軸状電極間に供給するようになっている。
また、本発明のプラズマ光源１０は、１対の同軸状電極１１間に管状放電４を形成してプラズマ３を軸方向に封じ込め、プラズマ３内において励起されたプラズマ媒体６のイオンと励起していない添加物７のイオンとの間で共鳴エネルギー移転を生じさせ、プラズマ媒体６と添加物７の両方から１３．５ｎｍ近傍のＥＵＶ光を発光させるようになっている。

図２は、本発明によるプラズマ光源の第１実施形態図である。この図は、上述した１対の同軸状電極１１の一方のみを示している。
この図において、絶縁体１６は、１３．５ｎｍ近傍に発光ラインを持つプラズマ媒体６を主成分とする常温で固体の絶縁化合物と、１３．５ｎｍ近傍に発光ラインを持つ添加物７とからなる。１３．５ｎｍ近傍とは、１３．５ｎｍ±１％の波長領域に発光ラインを持つことを意味する。
この構成により、中心電極１２とガイド電極１４の間の面状放電により、絶縁体１６の表面を気化してプラズマ媒体６と添加物７を同軸状電極間に供給するようになっている。

本発明において、プラズマ媒体は、好ましくはリチウムであり、絶縁化合物は、好ましくは水素化リチウム、塩化リチウム、酸化リチウム、又は窒化リチウムの粉体である。
また、添加物は、Ｃ、Ｎａ、Ｆ、ＡＬ又はＭｇの粉体であり、絶縁化合物に対し、重量比率で１０％以下（例えば１〜１０％）を均一に混入するのがよい。
この構成により、絶縁化合物と添加物の混合粉体を圧縮し加熱することで、所望形状の絶縁体１６を容易に成形することができる。

リチウム（Ｌｉ）は、原子番号３の元素であり、これより原子番号の小さい元素は、水素（Ｈ）とヘリウム（Ｈｅ）のみである。リチウムより原子番号の大きい塩素、酸素、窒素等は、１３．５ｎｍ以外の光を発するエネルギー準位を有するため、所望の１３．５ｎｍ以外の光を発する不純物となり、ＥＵＶ変換効率を低下させる。
これに対し、水素の場合、ほぼ完全電離しプロトン単体となってしまうため、発光物質としてはほとんど作用せず、ＥＵＶ変換効率への影響は少ない。従って、水素化リチウム、塩化リチウム、酸化リチウム、又は窒化リチウムのうち、特に、絶縁化合物は、水素化リチウム（ＬｉＨ）であることが好ましい。

一方、Ｃ、Ｎａ、Ｆ、ＡＬ又はＭｇの添加物も、１３．５ｎｍ以外の光を発するエネルギー準位を有するが、共鳴エネルギー移転（共鳴励起）で励起された添加物イオンは共鳴励起で得たエネルギーに相当する１３．５ｎｍ近傍のＥＵＶ光を発光して下位準位に戻るので、１３．５ｎｍ以外の光を発する比率は低いことが想定される。

図３は、本発明によるプラズマ光源の第２実施形態図である。この図は、上述した１対の同軸状電極１１の一方のみを示している。
この図において、絶縁体１６は、上記プラズマ媒体６を主成分とする常温で固体の絶縁化合物からなる。
また、この例では、さらに、上記添加物７を同軸状電極２１間に供給する添加物供給装置４０を備える。添加物７は、Ｎｅ、Ｆ、又はＸｅであり、気化したプラズマ媒体６に対し体積比率で１０％未満を気体状態で供給するのがよい。
その他の構成は、第１実施形態と同様である。

この構成により、中心電極１２とガイド電極１４間の面状放電２により、絶縁化合物の表面を気化してプラズマ媒体６を同軸状電極２１間に供給し、同時に添加物７を同軸状電極２１間に供給することができる。

図４は、本発明によるプラズマ光源の第３実施形態図である。この図は、上述した１対の同軸状電極１１の一方のみを示している。
この図において、絶縁体１６は、液を通さない緻密セラミック部１６ａと、緻密セラミック部１６ａの内部に設けられ液を通す多孔質セラミック部１６ｂとからなり、多孔質セラミック部１６ｂに液体状態のプラズマ媒体６を溜めるようになっている。
さらに、この図で４２はプラズマ媒体供給装置であり、プラズマ媒体６と添加物７を液体状態で多孔質セラミック部１６ｂに供給する。また１７はプラズマ媒体加熱装置（すなわちヒータ）であり、多孔質セラミック部１６ｂのプラズマ媒体６を加熱して液化維持あるいは気化し、プラズマ媒体６と添加物７を同軸状電極間に供給するようになっている。

本発明において、プラズマ媒体は、好ましくはリチウムである。
また、添加物は、Ｃ、Ｎａ、Ｆ、ＡＬ又はＭｇの粉体であり、絶縁化合物に対し、重量比率で１０％以下（例えば１〜１０％）を均一に混入するのがよい。
この構成により、絶縁化合物と添加物の混合液を加熱して気化することで、プラズマ媒体６と添加物７を気体状態で同軸状電極間に供給することができる。

図５は、本発明によるプラズマ光源の第４実施形態図である。この図は、上述した１対の同軸状電極１１の一方のみを示している。
この図において、絶縁体１６は、上述した緻密セラミック部１６ａと多孔質セラミック部１６ｂとからなり、多孔質セラミック部１６ｂに液体状態のプラズマ媒体６を溜めるようになっている。

さらに、この例でプラズマ媒体供給装置４２は、プラズマ媒体６のみを液体状態で多孔質セラミック部１６ｂに供給する。また４０は上述した添加物供給装置であり、上記添加物７を同軸状電極２１間に供給する。添加物７は、Ｎｅ、Ｆ、又はＸｅであり、気化したプラズマ媒体６に対し体積比率で１０％未満を気体状態で供給するのがよい。
その他の構成は、第３実施形態と同様である。

この構成により、プラズマ媒体６のみを加熱して気化し、添加物７を均等に混入することで、プラズマ媒体６と添加物７を気体状態で同軸状電極間に供給することができる。

図６は、本発明による共鳴エネルギー移転（共鳴励起）の説明図である。

本発明の装置及び方法によれば、１３．５ｎｍ近傍に発光ラインを持つプラズマ媒体６と、１３．５ｎｍ近傍に発光ラインを有しかつプラズマ媒体６より輻射冷却時間が短い添加物７とを同軸状電極１１間に供給するので、プラズマ媒体６と添加物７からなる単一のプラズマ３が形成される。
このプラズマ内において、図６に示すように、励起されたプラズマ媒体６のイオンが、励起していない添加物７のイオンと衝突すると、プラズマ媒体６のイオンと添加物７のイオンとの間で共鳴エネルギー移転（共鳴励起）が生じるので、励起していない添加物イオンが励起され、プラズマ媒体は励起されていない状態となる。

添加物７のイオンの輻射冷却時間（発光寿命）はプラズマ媒体６のイオンと比較して短い（例えば５０ｎｓｅｃ未満）ので、励起された添加物７のイオンは共鳴励起で得たエネルギーに相当する１３．５ｎｍ近傍のＥＵＶ光を発光して下位準位に戻る。
また、下位準位に戻った添加物７のイオンは、励起されたプラズマ媒体６のイオンと再度、衝突し、共鳴励起、ＥＵＶ光の発光を繰り返す。

従って、図６に示す発光サイクルにより、プラズマ媒体自体の発光寿命が非常に長い（例えば０．５〜５μｓｅｃ）場合でも、それに加えて添加物が共鳴励起で得たエネルギーに相当する１３．５ｎｍ近傍のＥＵＶ光を発光するので、発光サイクルにエネルギー移転のプロセスが増えるが、総合的にはプラズマ媒体の励起からＥＵＶ発光までの時間が短縮され、高出力化が達成できる。

図７は、図１の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内を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７（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。

また本発明において、１３．５ｎｍ近傍に発光ラインを持つプラズマ媒体６と、１３．５ｎｍ近傍に発光ラインを有しかつプラズマ媒体６より輻射冷却時間が短い添加物７とが同軸状電極１１間に供給される。

図７（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７（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と添加物７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７（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、プラズマ内において励起されたプラズマ媒体６のイオンと励起していない添加物７のイオンとの間で共鳴エネルギー移転を生じさせ、プラズマ媒体６と添加物７の両方から１３．５ｎｍ近傍のＥＵＶ光を発光させる。
従って、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。

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）、
１６ａ 緻密セラミック部、１６ｂ 多孔質セラミック部、
１７ プラズマ媒体加熱装置（ヒータ）、
２０ 放電環境保持装置、３０ 電圧印加装置、
３２ 正電圧源、３４ 負電圧源、３６ トリガスイッチ、
４０ 添加物供給装置、４２ プラズマ媒体供給装置

Claims (8)

1. 単一の軸線上に延びる棒状の中心電極と、該中心電極を一定の間隔を隔てて囲む管状のガイド電極と、中心電極とガイド電極の間に位置しその間を絶縁するリング状の絶縁体とからなり、対向配置された１対の同軸状電極と、
   各同軸状電極内を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、
   １３．５ｎｍ近傍に発光ラインを持つプラズマ媒体と、１３．５ｎｍ近傍に発光ラインを有しかつ前記プラズマ媒体より輻射冷却時間が短い添加物とを同軸状電極間に供給し、
   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、 該プラズマ内において励起されたプラズマ媒体のイオンと励起していない添加物のイオンとの間で共鳴エネルギー移転を生じさせ、プラズマ媒体と添加物の両方から１３．５ｎｍ近傍のＥＵＶ光を発光させる、ことを特徴とするプラズマ光源。
2. 前記絶縁体は、前記プラズマ媒体を主成分とする常温で固体の絶縁化合物と前記添加物とからなり、
   前記中心電極とガイド電極間の面状放電により、前記絶縁化合物の表面を気化してプラズマ媒体及び前記添加物を同軸状電極間に供給する、ことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ光源。
3. 前記絶縁体は、前記プラズマ媒体を主成分とする常温で固体の絶縁化合物からなり、
   さらに、前記添加物を前記同軸状電極間に供給する添加物供給装置を備え、
   前記中心電極とガイド電極間の面状放電により、前記絶縁化合物の表面を気化してプラズマ媒体を同軸状電極間に供給し、同時に前記添加物を前記同軸状電極間に供給する、ことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ光源。
4. 前記プラズマ媒体はリチウムであり、前記絶縁化合物は、水素化リチウム、塩化リチウム、酸化リチウム、又は窒化リチウムの粉体である、ことを特徴とする請求項２又は３に記載のプラズマ光源。
5. 前記プラズマ媒体と前記添加物の混合液を加熱して液化維持あるいは気化して前記同軸状電極間に供給するプラズマ媒体加熱装置を備える、ことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ光源。
6. 前記プラズマ媒体を気化して前記同軸状電極間に供給するプラズマ媒体加熱装置と、
   前記添加物を前記同軸状電極間に供給する添加物供給装置とを備える、ことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ光源。
7. 前記添加物は、Ｃ、Ｎａ、Ｆ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｎｅ、Ｆ、又はＸｅである、ことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ光源。
8. （Ａ） 単一の軸線上に延びる棒状の中心電極と、該中心電極を一定の間隔を隔てて囲む管状のガイド電極と、中心電極とガイド電極の間に位置しその間を絶縁するリング状の絶縁体とからなり、対向配置された１対の同軸状電極を準備し、
   （Ｂ） 前記１対の同軸状電極内をプラズマ発生に適した温度及び圧力に保持し、
   （Ｃ） １３．５ｎｍ近傍に発光ラインを持つプラズマ媒体と、１３．５ｎｍ近傍に発光ラインを有しかつ前記プラズマ媒体より輻射冷却時間が短い添加物とを前記同軸状電極間に供給しながら、各同軸状電極の中心電極とガイド電極間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、
   （Ｄ） 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軸方向に封じ込め、
   （Ｅ） プラズマ内において励起されたプラズマ媒体のイオンと励起していない添加物のイオンとの間で共鳴エネルギー移転を生じさせ、プラズマ媒体と添加物の両方から１３．５ｎｍ近傍のＥＵＶ光を発光させる、ことを特徴とするプラズマ光発生方法。