JP6303894B2 - プラズマ光源システム - Google Patents

Description

本発明は、電極の間の放電によってプラズマを繰返し発生するプラズマ光源を備えるプラズマ光源システムに関する。

半導体回路の更なる微細化を図るため、極端紫外光がフォトリソグラフィにおける次世代の照射光として注目されている。極端紫外光の生成方式としては、高エネルギー密度プラズマを利用したものが知られている。この方式では、プラズマ光源において高温プラズマが生成され、その輻射光として極端紫外光が放射される。高温プラズマは主に、パルスレーザーの照射を用いるレーザー生成プラズマ（ＬＰＰ：Ｌａｓｅｒ Ｐｒｏｄｕｃｅｄ Ｐｌａｓｍａ）方式、又はパルス放電を用いる放電プラズマ（ＤＰＰ：Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ Ｐｒｏｄｕｃｅｄ Ｐｌａｓｍａ）方式によって生成される。

特許文献１は、ＤＰＰ方式のプラズマ光源を開示している。このプラズマ光源では、初期放電にプラズマの媒体を導入するため、レーザー光のアブレーション（以下、レーザーアブレーションと称する）を採用している。

特開２０１０−２３１１５０号公報

フォトリソグラフィでは露光時間の制御が極めて重要である。そのため、十分な強度及び輝度の光を確保するだけでなく、これらを安定に得る必要がある。つまり、ＬＰＰ方式及びＤＰＰ方式の何れにおいてもプラズマ光源は毎回の放電を確実に行い、パルス状のプラズマを連続的に生成することが肝要である。また、高温プラズマを得るため、プラズマには数マイクロ秒程度の短時間のうちに膨大なエネルギーが供給される。プラズマへのエネルギーの供給（注入）には高電圧回路を用いるのが一般的である。

プラズマの発生時には瞬間的に膨大な電流が流れる。プラズマ光源を収容する真空槽は常に接地されているものの、プラズマの発生時にはこの電流によって真空槽の電位が一時的に不安定になり、不測の放電が生じることがある。この放電がプラズマ光源を駆動する電源装置に侵入した場合、電源装置の回路が損傷を受けるおそれがある。

上記の事情を鑑み、本発明は、プラズマ発生時の不要な放電による電源回路の故障を防止することが可能なプラズマ光源システムの提供を第１の目的とする。

本発明の一態様はプラズマ光源システムであって、放電によりプラズマを繰返し発生するプラズマ光源と、前記プラズマに流れる電気エネルギーの一部を回収し、回収した前記電気エネルギーを前記放電に供給する電源装置と、前記プラズマ光源を収容する真空槽と、前記プラズマ光源と前記真空槽との間に前記プラズマ光源を囲むように設けられ、前記プラズマ光源及び前記真空槽に対して電気的に絶縁された遮蔽板とを備えることを要旨とする。

前記遮蔽板は、前記真空槽の排気口から間隔を置いた状態で前記排気口を覆い、前記プラズマのデバイ長以下の内径を有する複数の開口からなる網部を含んでもよい。

本発明の一態様は真空槽に取り付け可能なフランジであって、フランジ本体と、少なくとも１本の配管と、前記フランジ本体に取り付けられ、前記フランジ本体および前記配管の間を断熱するとともに前記配管を前記フランジ本体に固定する支持体とを備えることを要旨とする。

本発明によれば、プラズマ発生時の不要な放電による電源回路の故障を防止することが可能なプラズマ光源システムを提供することができる。

本発明の実施形態に係るプラズマ光源システムを説明するための図である。 本発明の実施形態に係るプラズマ光源システムを説明するための図である。 本発明の実施形態に係る電源装置の回路図である。

以下、本発明の実施形態について添付図面に基づき説明する。なお、各図に共通する部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１及び図２は、本実施形態に係るプラズマ光源システム１を説明するための図である。図１に示すように、プラズマ光源システム１は、プラズマ光源１０と、電源装置２０と、プラズマ光源１０内に放電を発生させるレーザー装置３０と、高電圧電源４０とを備える。また、図２に示すように、プラズマ光源システム１は、プラズマ光源１０を収容する真空槽５０を備えている。

まず、プラズマ光源１０について説明する。
図２に示すように、プラズマ光源１０は一対の同軸状電極１１、１１と、各同軸状電極１１に対して個別に設けられるリザーバ１６とを備え、各同軸状電極１１内に発生した放電２によってプラズマ３を繰返し発生する。なお、図２において右側の同軸状電極１１は、左側の同軸状電極１１と同一の構成であるため、詳細な図示を省略する。

一対の同軸状電極１１、１１は真空槽５０内に設けられ、対称面Ｓを挟んで互いに対向配置される。即ち、各同軸状電極１１は対称面Ｓを中心として、一定の間隔を隔てて互いに対向するよう設置される。一対の同軸状電極１１、１１は、極端紫外光を放射するプラズマ３を発生すると共に、両者の間に当該プラズマ３を閉じ込める。放電前の各同軸状電極１１には、電源装置２０により同極性の放電電圧が印加される。なお、真空槽５０内は、真空槽５０の排気口５２から真空ポンプ（図示せず）によって排気され、プラズマ３の発生に適した圧力に保持されている。

図２に示すように、各同軸状電極１１は、中心電極１２と、複数の外部電極１３と、絶縁体１４とを備える。中心電極１２と各外部電極１３との間には、電源装置２０（高電圧電源４０）によって高電圧（例えば５ｋＶ）が印加されている。換言すると、電源装置２０は、放電に必要な電気エネルギーを中心電極１２と各外部電極１３に供給している。中心電極１２は、各同軸状電極１１に共通する単一の軸線Ｚを中心軸（以下、この軸を中心軸Ｚと称する）として、この中心軸Ｚ上に延びる棒状の導電体である。中心電極１２は、対称面Ｓに面する先端部１２ａと、先端部１２ａの後方（即ち、中心軸Ｚに添って対称面Ｓから離れる方向）に設けられる媒体保持部１５と、媒体保持部１５の後方に設けられる基部１２ｂとから一体的に構成される。

媒体保持部１５は多孔質の材料で形成され、中心電極１２の後部に接続するリザーバ１６から中心電極１２に形成された流路１２ｃを介してプラズマ媒体が導入される。プラズマ媒体は低融点金属（低融点合金）であり、液体の状態で媒体保持部１５（中心電極１２）の側面に露出する。プラズマ媒体の組成は、必要とする光の波長に応じて選択される。例えば、１３．５ｎｍの紫外光が必要な場合はＬｉやＳｎ等を含み、６．７ｎｍの紫外光が必要な場合はＢｉ等を含む。なお、媒体保持部１５を多孔質の構造とする代わりに、プラズマ媒体単体あるいはプラズマ媒体と他の金属との合金によって、層状あるいは塊状に形成してもよい。

先端部１２ａ及び基部１２ｂは、高温プラズマに対して耐熱性を有する材料を用いて形成される。このような材料は、例えばタングステンやモリブデン等の高融点金属である。対称面Ｓに対向する先端部１２ａの端面は、半球状の曲面になっている。ただし、この形状は必須ではない。従って、先端部１２ａの端面に凹部（図示せず）を設けてもよく、或いは単なる平面でもよい。また、基部１２ｂは、先端部１２ａほど高温に晒されないので、その材料は上述の高融点金属に限られず、熱伝導率の高い銅などでもよい。

図２に示すように、外部電極１３は、中心電極１２の外周を囲むように設けられた棒状の導電体である。外部電極１３は例えば中心電極１２と平行に配される。外部電極１３は、中心電極１２と同じく、高温プラズマに対して耐熱性をもつ材料を用いて形成される。対称面Ｓに対向する外部電極１３の端面は曲面、平面の何れでもよい。また、外部電極１３は、中心電極１２と一定の間隔を隔てながら、中心電極１２の周方向に沿って所定の角度毎に配置されている。換言すると、各外部電極１３は中心電極１２と平行に配置され、中心電極１２の周囲を囲んでいる。例えば、６本の外部電極１３が、中心電極１２の周りで６０°毎に配置される。

各外部電極１３は中心電極１２の周方向に沿って等間隔に配列することが望ましい。例えば、加工や組み立ての観点から、各外部電極１３は中心電極１２に対して回転対称な位置に設置することが望ましい。しかしながら、本発明はこのような配列に限定されるものではない。また、外部電極１３の本数も６本に限定されず、中心電極１２及び外部電極１３の大きさや形状、両者の間隔などに応じて適宜設定される。

中心電極１２の周りに複数の外部電極１３にこのように配置することで、放電２の初期放電（例えば沿面放電）を、各外部電極１３と中心電極１２との間で発生させることができる。即ち、各外部電極１３の表面において中心電極１２に最も近接した点を回転対称な位置に置き、これらの点を放電経路に含む初期放電を優先的に発生させる。これにより、初期放電を中心電極１２の全周に亘って発生させることが可能になり、環状の放電２の形成が容易になる。

絶縁体１４は例えばセラミックを用いて形成され、中心電極１２と外部電極１３の各基部を支持して両者の間隔を規定すると共にその間を電気的に絶縁する。絶縁体１４は例えば円盤状に形成され、中心電極１２及び外部電極１３が貫通する貫通孔を有する。

リザーバ１６は、その内部にプラズマ媒体６を貯留するための空間１６ａを有する。空間１６ａは、中心電極１２の流路１２ｃと連通している。リザーバ１６にはヒータ１７が設けられている。ヒータ１７は、リザーバ１６内のプラズマ媒体６を溶解する。ヒータ１７は、熱媒体（油）循環式のヒータで構成される。ヒータ１７によって空間１６ａ内で溶解したプラズマ媒体６は、流路１２ｃを介して媒体保持部１５に流出する。ヒータ１７は、媒体保持部１５においてもプラズマ媒体６を液体の状態で保持する。

ヒータ１７は、油等の熱媒体によってプラズマ媒体６を加熱、溶解する。ヒータ１７は、熱媒体（油）の加熱手段（図示せず）および供給（循環）手段（図示せず）を備えている。ヒータ１７によって空間１６ａ内で溶解したプラズマ媒体６は、流路１２ｃを介して媒体保持部１５に流出する。ヒータ１７は、リザーバ１６内を加熱する熱媒体の流路である金属製の配管１８を有する。例えば、配管１８は絶縁性のカップリング１９を介して加熱手段等に接続される。従って、配管１８は、フランジ５３に固定された配管５５から電気的に絶縁されている。

真空槽５０はプラズマ光源１０及びリザーバ１６を収容する。真空槽５０には、レーザー光３１を導入するためのガラス窓（図示せず）や、プラズマ光源１０を真空内に設置するためのポート（フランジ）５１が設けられている。また、真空槽５０は排気口５２を有する。排気口５２には真空ポンプ（図示せず）が接続され、真空ポンプ（図示せず）は真空槽５０内を排気する。これにより、真空槽５０内は、プラズマ３が発生する圧力（真空度）に維持される。また、真空槽５０内には遮蔽板６０が設けられている。この遮蔽板６０については後述する。

真空槽５０のポート５１にはフランジ５３が取り付けられている。フランジ５３は、フランジ本体５４と、少なくとも１本の配管５５と、フランジ本体５４に取り付けられ、フランジ本体５４および配管５５の間を断熱するとともに配管５５をフランジ本体５４に固定する支持体５６とを備える。なお、各同軸状電極１１は、このフランジ５３に支持されていてもよい。

フランジ本体５４は、ボルト等の締結部材（図示せず）を用いて真空槽５０側の相手フランジ５３に取り付けられる。フランジ本体５４には少なくとも１つの貫通穴５４ａが形成されている。貫通穴５４ａには配管５５が挿入される。また、貫通穴５４ａの内面と配管５５の外面との間に隙間が形成されるように、貫通穴５４ａの内径は配管５５の外径よりも大きい値に設定されている。

ヒータ１７の配管１８と同じく、配管５５も熱媒体の流路である。配管５５は金属製であり、溶接やろう付けによって支持体５６に固定される。

ところで、極端紫外光のように短波長の光が得られるプラズマの原料（即ち、プラズマ媒体）の１つとして、Ｌｉ（リチウム）などの低融点金属が利用されている。Ｌｉは固体の状態で真空槽５０内のリザーバ１７に貯蔵されており、プラズマ光源１０の稼動時にはＬｉを溶融させてプラズマの発生領域近傍に移送される。この溶融を行うため、リザーバ１７には高温の熱媒体（例えば油）が供給される。ところが熱媒体の加熱は大気側で行われているため、熱媒体の供給路が真空槽５０に接触する。その結果、熱媒体から真空槽５０への熱の漏洩による熱媒体の温度低下が発生する。熱媒体の温度低下が著しい場合はＬｉの溶融が不可能になるため、通常はこの温度低下を考慮して予め熱媒体の温度を高めに設定している。この結果、熱媒体を加熱する際の電力エネルギーなどのエネルギー消費量が増加してしまう。そこで、本実施形態では配管５５を、支持体５６を介してフランジ本体５４に固定している。

支持体５６は、フランジ本体５４における真空側においてフランジ本体５４の貫通穴５４ａが形成された位置に固定される。支持体５６は、筒状部材５７と、筒状部材５７の長手方向における両側に取り付けられた筒状かつ金属性のアダプタ５８ａ、５８ｂとを有する。アダプタ５８ａは筒状に形成され、その端部が溶接やろう付けによってフランジ本体５４に固定される。筒状部材５７は、セラミックなどの断熱材によって形成されている。アダプタ５８ｂは筒状に形成され、溶接やろう付けによって配管１８に固定される。この固定によって、フランジ５３の大気側と真空側は遮断される。

アダプタ５８ａおよび筒状部材５７の各内径は、アダプタ５８ａおよび筒状部材５７の各内面と配管５５の外面との間に隙間が形成されるように、アダプタ５８ａおよび筒状部材５７の各内径は、配管５５の外径よりも大きい値に設定されている。一方、ろう付けなどによってアダプタ５８ｂの内面と配管１８の外面とが互いに固定されるように、アダプタ５８ｂは内径と配管１８の外径はほぼ一致している。また、上述の通り、フランジ本体５４の貫通穴５４ａの内径は、配管１８の外径よりも大きい。従って、配管５５の外面は、大気側において、フランジ本体５４、アダプタ５８ａ、筒状部材５７と熱的に接触しない。一方、アダプタ５８ｂは配管５５の外面に接触するものの、アダプタ５８ｂは、断熱性を有する筒状部材５７を介してアダプタ５８ａに連結されている。従って、アダプタ５８ｂからフランジ本体５４への熱の流出も抑制されている。

このように、配管１８とフランジ本体５４との間の熱的な接触は極力抑制されている。従って、熱媒体からフランジ本体５４への熱の漏洩による熱媒体の温度低下を抑制できる。即ち、この温度低下を考慮した熱媒体の過剰な加熱が不要になる。その結果、プラズマ光源システムの稼動時におけるエネルギー消費量を低減できる。

レーザー装置３０は、各同軸状電極１１の中心電極１２の媒体保持部１５にレーザー光３１を照射することで、プラズマ媒体を放出させるアブレーションを行うと共にプラズマ３の初期放電（即ち、放電２）を発生させる。レーザー装置３０は例えばＹＡＧレーザーであり、アブレーションを行うために基本波の二倍波を短パルスのレーザー光３１として出力する。レーザー光３１の１回あたりの出力時間は１００ｎｓ程度、その周期は例えば１ｍｓ程度である。

レーザー光３１は媒体保持部１５に照射される。具体的には、レーザー光３１は、ミラーによる光路変更、ビームスプリッタ（ハーフミラー）による分岐を経て、各中心電極１２の媒体保持部１５に照射される。媒体保持部１５においてレーザー光３１が照射された部分ではアブレーションが生じ、プラズマ媒体が中性ガス又はイオンとなって放出される。

なお、放電２の発生箇所は、レーザー光３１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、レーザー装置３０は、各中心電極１２の中心軸Ｚに対して対称な位置にレーザー光３１を照射することが好ましい。これは、誘発された放電の領域が、中心電極１２の軸を基点に１８０°以上の開き角があった実験結果に基づいている。なお、複数のレーザー光の同時照射は、光路長の調整により容易に達成できる。

図２に示すように、各同軸状電極１１における媒体保持部１５には、レーザー装置３０のレーザー光３１が同時に照射される。このとき、中心電極１２と各外部電極１３の間には高電圧が印加されている。レーザー光３１の直後、中心電極１２と各外部電極１３の間で初期放電が発生する。その後、中心電極１２の全周に亘って放電が分布する放電（面状放電）２が得られる。放電２の形成により、各同軸状電極１１において、媒体保持部１５からＬｉを含むガス又はイオンが放出される。なお、面状放電とは、２次元的に広がる面状の電流のことであり、電流シート又はプラズマシートとも呼ばれる。

図２に示すように、放電２は、自己磁場によって電極から排出される方向（対称面Ｓに向かう方向）に移動する。このときの放電２は、軸線Ｚ−Ｚから見て略環状に分布する。放電２は同軸状電極１１の先端に達すると、放電２の電流の出発点は強制的に中心電極１２の円周側面から先端部１２ａに移行する。換言すれば、電流は先端部１２ａから集中的に流れ出す。この電流集中によるピンチ効果によって先端部１２ａ周辺の電流密度は急激に上昇し、一対の放電２の間に挟まれていた先端部１２ａ周辺のＬｉを含むプラズマ媒体は高密度、高温になる。

さらに、この現象は対称面Ｓを挟んだ各同軸状電極１１で進行するため、プラズマ媒体は、一方の同軸状電極１１から他方の同軸状電極１１に向かって押し出される。その結果、プラズマ媒体は、軸線Ｚ−Ｚ（中心軸Ｚ）沿う両方向からの電磁的圧力を受けて各同軸状電極１１が対向する中間位置（即ち、中心電極１２の対称面Ｓ）に移動し、プラズマ媒体を成分とする単一のプラズマ３が形成される。

上述の通り、放電２が発生している間は各中心電極１２の先端部１２ａに各放電２の電流が集中する。従って、先端部１２ａ周辺には、プラズマ３に対して軸線Ｚ−Ｚに向かうピンチ効果が働き、プラズマ３の高密度化及び高温化が進行する。即ち、プラズマ媒体の電離が進行する。その結果、プラズマ３からは極端紫外光を含むプラズマ光８が放射される。この状態において、電源装置２０は、プラズマ３の発光エネルギーに相当するエネルギーを供給し続ける。このエネルギー供給によってプラズマ光８が長時間に亘って発生する。

しかしながら、高エネルギーのプラズマ光８は得られるものの、プラズマ３に流れる電流の一部（大部分）は、プラズマ媒体６の電離に殆ど或いは全く寄与することなく、電源装置２０に帰還する。

電源装置２０及びプラズマ光源１０を電流の循環回路としてみた場合、この回路におけるプラズマ光源１０のインピーダンスは、プラズマが発生する前と後で著しく変化している。即ち、プラズマ光源１０のインピーダンスは、プラズマ３が発生する前は電流が流れないことから非常に高く、プラズマ３が発生した後はプラズマ中を流れることから急激に低下する。従って、従来の光源システムでは、このインピーダンスの不整合によって、電流は順流と逆流を繰り返しながら（即ち、振動しながら）減衰する。一方、冒頭で述べたように、電流によるプラズマへの実質的なエネルギー供給（即ちプラズマ光８が得られる電離）は電流が最初に最大となる時点でほぼ完了しており、その後の電流はプラズマ光８の発生に寄与しない。

そこで、本実施形態の電源装置２０は、電気エネルギーをプラズマ光源１０の中心電極１２と各外部電極１３に供給する電気エネルギー供給部２１を備えている。電気エネルギー供給部２１は、上記の電気エネルギーを蓄積する蓄電部２２を有する。また、電源装置２０はさらに、プラズマ３中を流れる電気エネルギーの一部を回収し、電気エネルギー供給部２１の蓄電部２２に再蓄積する電気エネルギー回生部２３を備える。

図３に示すように、電気エネルギー供給部２１の蓄電部２２は例えば電荷を蓄積するコンデンサである。電源装置２０の作動初期において、電荷は、電気エネルギー供給部２１に接続する高電圧電源４０から供給される。即ち、蓄電部２２としてのキャパシタには、高電圧電源４０による高電圧が印加される。蓄電部２２は電気エネルギーが流入、流出する第１端子２２ａ及び第２端子２２ｂを有する。蓄電部２２の第１端子２２ａは高電圧電源４０の出力及びプラズマ光源１０の中心電極１２に接続する。蓄電部２２の第２端子２２ｂはプラズマ光源１０の外部電極１３に接続している。第２端子２２ｂは、プラズマ光源１０から帰還した電流を受けるため、第２端子２２ｂの接続先は、電源装置２０のコモン側とも言える。なお後述の通り、蓄電部２２の第２端子２２ｂとプラズマ光源１０の外部電極１３との間には、電気エネルギー回生部２３の逆流阻止部２４ａが挿入されている。

電気エネルギー回生部２３は、プラズマ３中を流れ、電源装置２０に帰還したる電気エネルギーの一部（即ち電流）を回収し、回収した電気エネルギーを電気エネルギー供給部２１の蓄電部２２に再蓄積させる。つまり、電気エネルギー回生部２３は、プラズマ３に投入された電気エネルギーを回生する。図３に示すように、電気エネルギー回生部２３は、プラズマ３の発生時に電気エネルギー回生部２３を流れる電流の逆流を阻止する逆流阻止部２４ａと、蓄電部２２による電気エネルギーの再蓄積時に、蓄電部２２の端子２２ａ、２２ｂ間を電気的に接続するスイッチ部２５と、蓄電部２２による電気エネルギーの再蓄積時に、スイッチ部２５を介して蓄電部２２の端子２２ａ、２２ｂ間に流れる電流の逆流を阻止する逆流阻止部２４ｂとを含んでいる。

逆流阻止部２４ａは、整流作用をもつ少なくとも１つの電子素子（電子部品）で構成される。この電子素子は例えばダイオードなどの半導体素子である。逆流阻止部２４ａは、プラズマ光源１０の外部電極１３と蓄電部２２の第２端子２２ｂとの間に挿入される。逆流阻止部２４ａは、蓄電部２２の端子２２ａからプラズマ光源１０を介して蓄電部２２の端子２２ｂに帰還する電流を通過させ、その逆流を阻止する。

逆流阻止部２４ａと同じく、逆流阻止部２４ｂも、整流作用をもつ少なくとも１つの電子素子（電子部品）で構成される。この電子素子は例えばダイオードなどの半導体素子である。逆流阻止部２４ｂは、スイッチ部２５が閉じることによって蓄電部２２の第２端子２２ｂから第１端子２２ａに至る閉回路２６が形成されたとき、この閉回路２６において第２端子２２ｂから第１端子２２ａに流れる電流を通過させ、その逆流を阻止する。従って、スイッチ部２５と逆流阻止部２４ｂは、蓄電部２２の第１端子２２ａと第２端子２２ｂの間で直列に接続する。ここで、説明の便宜上、プラズマ光源１０を介さずに、蓄電部２２の第２端子２２ｂからスイッチ部２５を介して第１端子２２ａに至る回路２６を回生回路と称する。

スイッチ部２５は、回生信号に基づいた回生回路２６の開閉を行う。即ち、回生信号がスイッチ部２５に入力されると、スイッチ部２５は回生回路２６を閉じる。一方、回生信号が途絶えるとスイッチ部２５は回生回路２６を開く。スイッチ部２５は、このような動作を行う少なくとも１つの電子素子で構成される。この電子素子は例えばＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）やサイリスタなどの半導体素子である。なお、回生信号はレーザー装置３０のレーザー光３１を照射するトリガ信号に応じて生成される信号である。蓄電部２２への再充電は、プラズマ３の残存による中心電極１２と各外部電極１３との間の導通が解消された後に行われる。従って、回生信号は、回生信号の発生から十分に経過した後、例えば数百マイクロ秒後にスイッチ部２５に入力される。回生信号の遅延及び信号レベルの維持は、ディレイ回路及び信号発生器を用いて達成できる。なお、この遅延時間はレーザー光３１の照射周期やプラズマの持続時間を考慮して設定される。また、信号レベルの維持時間は後述の再蓄積に必要な時間を考慮して設定される。

電気エネルギー回生部２３は、回生回路２６に設けられる電源部２７を更に備えてもよい。電源部２７は、蓄電部２２による電気エネルギーの再蓄積時に、電気エネルギー回生部２３が回収した電気エネルギーに新たな電気エネルギーを補充する。即ち、電源部２７は、回収した電気エネルギーに対応する電圧に、新たな電圧を付加する。回収した電気エネルギーは、プラズマ３の発生および成長に寄与した分だけ、蓄電部２２に当初蓄積された電気エネルギーよりも小さい。従って、回収した電気エネルギーによって蓄電部２２に生じる電圧は、当初の電圧よりも低い。電源部２７はこの差を補填し、蓄電部２２に発生する電圧を、当初の電圧に戻す。なお、電源部２７には、既製の定電圧電源などを用いてもよい。

電気エネルギー回生部２３は、放電時にプラズマ光源１０またはプラズマ光源１０を収容する真空槽（図示せず）から回り込むノイズ電流を阻止するインダクタ２８を含む。プラズマ光源１０内で発生する放電は非常に大きく、上述した振動電流や不要な放電（説明の便宜上、この放電を誘導放電と称する）によるノイズ電流が発生する。このような電流が電気エネルギー回生部２３に進入した場合、電気エネルギー回生部２３が損傷を受けるおそれがある。特に、電源部２７が定電圧電源のように制御回路等の複雑な回路を含む電源で構成されている場合、電源部２７は損傷を受けやすい。インダクタ２８は、電源部２７の２つの端子（即ち、出力端子とコモン端子）のそれぞれと直列に接続し、このような電流の流入を阻止あるいは抑制する。インダクタ２８は電源部２７の出力及びコモンのそれぞれに対して直列に接続される。

電気エネルギー回生部２３は、逆流阻止部２４ｃ、２４ｄをさらに含んでもよい。逆流阻止部２４ｃ、２４ｄもインダクタ２８と同じく、ノイズ電流の流入を阻止あるいは抑制する。逆流阻止部２４ｃはプラズマ光源１０の中心電極１２に対して直列に接続する。また、逆流阻止部２４ｄは、電源部２７のコモン側に対して直列に接続する。逆流阻止部２４ｃ、２４ｄも逆流阻止部２４ａ、２４ｂと同じく、整流作用をもつ少なくとも１つの電子素子（電子部品）で構成される。

上述の通り、プラズマ光源１０は中心電極１２と、その周りに設置された複数の外部電極１３とを備えている。放電２は中心電極１２と各外部電極１３との間で発生する。従って、電気エネルギー供給部２１および電気エネルギー回生部２３は放電２の発生箇所の数（即ち、中心電極と外部電極の組み合わせの数）だけ用意される。

プラズマ光源１０、真空槽５０、電源装置２０の間のインピーダンスは完全には整合されていない。そのため、放電２或いはプラズマ３の発生時には、これらの電位が不安定になる。この電位の不安定性によって、誘導放電が発生することがある。誘導放電の電流は接地されていた真空槽５０から電源装置２０に向けて瞬間的に流れる。

電源装置２０のインダクタ２８及び逆流阻止部２４ｃ、２４ｄは、回路内に侵入した上記の誘導放電によるノイズ電流を阻止する。さらに本実施形態に係るプラズマ光源システム１は、プラズマ光源１０と真空槽５０との間に、プラズマ光源１０（同軸状電極１１、１１）を囲むように設けられた遮蔽板６０を備えている。遮蔽板６０は、真空槽５０からプラズマ光源１０に向かう放電の発生を抑制する。換言すれば、遮蔽板６０は、真空槽５０の空間内における誘導放電の経路を遮断する。なお、遮蔽板６０は、周知の支持部材（図示せず）によって真空槽５０内に固定されている。

遮蔽板６０は、導電性部材で構成されてもよく、絶縁性部材で構成されてもよい。ただし何れの場合も遮蔽板６０は、プラズマ光源１０、電源装置２０、真空槽５０から絶縁されている。即ち、遮蔽板６０は、これらに対して電気的に浮いている。導電体からなる通常の電磁シールドであれば、定常的に接地電位にあると想定された真空槽５０と電気的に接続される。しかしながら、本実施形態に係る遮蔽板６０は、この真空槽５０と電気的には接続していない。

遮蔽板６０は、遮蔽板６０の内側の空間を排気するための開口６０ａを有する。開口６０ａは、例えば、真空槽５０の排気口５２に対応する位置に形成される（図２参照）。また、開口６０ａは、プラズマ３の発生時の排気に影響を及ぼさない程度のコンダクタンスをもつことが好ましい。

遮蔽板６０は、間隔６１を置いて真空槽５０の排気口５２を覆うように設けられる網部６２を含んでもよい。網部６２は、遮蔽板６０と一体に形成されてもよく、遮蔽板６０とは別体として設けられてもよい。何れの場合も網部６２は、遮蔽板６０と同じく、導電性部材あるいは絶縁性部材で構成され、プラズマ光源１０、電源装置２０、真空槽５０から絶縁されている。なお、網部６２が遮蔽板６０と別体で設けられている場合、網部６２は周知の支持部材（図示せず）によって真空槽５０内に固定されている。この支持部材は、真空槽５０（排気口５２の開口面）と網部６２との間隔６１を形成する。

網部６２には、真空ポンプの排気を促す複数の開口６２ａが形成されている。また、各開口６２ａの内径は、プラズマ３のデバイ長以下の値に設定されている。誘導放電の発生は、プラズマ光源１０との真空槽５０との間を遮蔽することで抑制される。従って、真空槽５０の排気口５２にも遮蔽板６０を設けることが好ましい。しかしながら、真空槽５０は排気口５２から排気されている。網部６２は、この排気に著しく干渉することなく、排気口５２周辺からの放電の発生を抑制する。また、開口の内径がプラズマ３のデバイ長以下に設定されているので、網部６２を通したプラズマ３の漏洩が防止され、且つこの漏洩による誘導放電の誘発が防止される。

以上、本実施形態によれば、プラズマ発生時の不要な放電による電源回路の故障を防止することができる。また、プラズマ媒体を加熱する熱媒体の配管と当該配管が固定されるフランジとの間を断熱することで、プラズマ光源システムの稼動時におけるエネルギー消費量を低減できる。

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…プラズマ光源システム、２…放電、３…プラズマ、１０…プラズマ光源、１１…同軸状電極、１２…中心電極、１３…外部電極、１６…リザーバ、１７…ヒータ、２０…電源装置、２１…電気エネルギー供給部、２２…蓄電部、２３…電気エネルギー回生部、２５…スイッチ部、２７…電源部、３０…レーザー装置、４０…高電圧電源、５０…真空槽、５３…フランジ、５５…配管、５６…支持体、５７…筒状部材、６０…遮蔽板、６２…網部

Claims (2)

1. 放電によりプラズマを繰返し発生するプラズマ光源と、
   前記プラズマに流れる電気エネルギーの一部を回収し、回収した前記電気エネルギーを前記放電に供給する電源装置と、
   前記プラズマ光源を収容する真空槽と、
   前記プラズマ光源と前記真空槽との間に前記プラズマ光源を囲むように設けられ、前記プラズマ光源及び前記真空槽に対して電気的に絶縁された遮蔽板と
   を備えることを特徴とするプラズマ光源システム。
2. 前記遮蔽板は、前記真空槽の排気口から間隔を置いた状態で前記排気口を覆い、前記プラズマのデバイ長以下の内径を有する複数の開口からなる網部を含むことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ光源システム。