JP6331834B2 - プラズマ光源の電源装置 - 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の電源装置に関する。

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２０１０−２３２１５０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）には高電圧回路による電流を用いるのが一般的である。

プラズマは真空槽に設置された電極の間で発生する。この電極を含むプラズマ光源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する。即ち、プラズマ光源のインピーダンスは、プラズマが発生する前は非常に高く、プラズマが発生した後は急激に低下する。従って、電源回路とプラズマ光源間のインピーダンスを整合させることは極めて困難であり、このインピーダンスの不整合によってプラズマを発生、成長させる電流（放電電流）に振動（減衰振動）が発生する。一方、電流によるプラズマへの実質的なエネルギー供給は、電流が最初に最大となる時点でほぼ完了している。従って、その後の電流の振動は、プラズマの高温化に寄与しない電流が電極を含めた回路全体を長時間流れること、即ち、電気エネルギーの無駄な消費を意味する。また、このような長時間の電流の振動は、プラズマ光源の熱的損傷や電流の逆流による回路の故障を助長する。

上記の事情を鑑み、本発明は、プラズマの生成に用いられる電気エネルギーを効率的に活用すると共に、プラズマ光源の熱的損傷や回路の故障を抑制することが可能な電源装置の提供を目的とする。

本発明の一態様は、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の電源装置であって、電気エネルギーを蓄積する蓄電部を有し、前記蓄電部に蓄積した電気エネルギーを前記プラズマ光源の前記電極に供給する電気エネルギー供給部と、プラズマ中を流れる電気エネルギーの一部を回収し、前記電気エネルギー供給部の前記蓄電部に再蓄積する電気エネルギー回生部とを備え、前記電気エネルギー回生部は、前記蓄電部による電気エネルギーの再蓄積時に、前記電気エネルギー回生部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電源部を備えることを要旨とする。

前記電気エネルギー回生部は、プラズマの発生時にプラズマ光源を介して流れる電流の逆流を阻止する第１の逆流阻止部と、前記蓄電部による電気エネルギーの再蓄積時に、前記蓄電部の端子の間を電気的に接続するスイッチ部と、前記蓄電部による電気エネルギーの再蓄積時に、前記スイッチ部を介して前記蓄電部の端子の間に流れる電流の逆流を阻止する第２の逆流阻止部とを含んでもよい。

前記電気エネルギー回生部は、放電時に前記プラズマ光源または前記プラズマ光源を収容する真空槽から回り込むノイズ電流を阻止するインダクタを含んでもよい。

前記プラズマ光源は、単一の軸線上に延びる棒状の中心電極と、前記中心電極の外周を囲むように設けられた複数の外部電極とを有し、対称面を挟んで互いに対向配置される一対の同軸状電極を備えてもよい。この場合、前記電気エネルギー供給部及び前記電気エネルギー回生部は、前記中心電極と各前記外部電極との間にそれぞれ設けられてもよい。

本発明によれば、プラズマの生成に用いられる電気エネルギーを効率的に活用すると共に、プラズマ光源の熱的損傷や回路の故障を抑制することが可能な電源装置を提供することができる。

本発明の実施形態に係る電源装置を含むプラズマ光源システムの図である。 本発明の実施形態に係る電源装置の回路図である。 本発明の実施形態に係る電源装置の動作を示す図である。 本発明の実施形態の変形例に係る電源装置の回路図である。 本発明の実施形態に係る電源装置を適用するプラズマ光源の一例の概略構成図（断面図）である。 図５のＶＩ−ＶＩ断面を示す図である。

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は、本実施形態に係る電源装置１０を適用した光源システム１の図である。この図に示すように、光源システム１は、上記の電源装置１０に加えて、プラズマ光源２０と、プラズマ光源２０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。プラズマ光源２０は、その間に放電を発生する少なくとも２本の電極２２、２４を有し、電極２２、２４間の放電２によってプラズマ３を繰返し発生する。電極２２、２４間には、電源装置１０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１０は、放電に必要な電気エネルギーを電極２２、２４に供給している。レーザー装置３０は所謂パルスレーザー装置であって、アブレーションを発生させるエネルギーをもつパルス状のレーザー光３２を発生し、電極２２、２４間の放電２を誘発する。

電極２２、２４間には高電圧が印加された状態で、レーザー装置３０は電極２２、２４のうちの何れかにレーザー光３２を照射する。レーザー光３２が照射された表面ではアブレーションが発生し、このアブレーションによって放電２が発生する。

放電２が発生した領域には、プラズマの原料であるプラズマ媒体が導入されている。放電２が発生すると、このプラズマ媒体が電離してプラズマ３に成長する。電源装置１０は、プラズマ３に電流を流すことによりプラズマ３に電気エネルギーを付与する。即ち、電源装置１０は、電流を用いてプラズマ３を加熱する。なお、プラズマ媒体の導入については、アブレーションが発生する表面にプラズマ媒体を含ませる方法、プラズマ媒体の中性ガス（ビーム）を生成する蒸発源（クヌーセンセルや電子ビーム蒸発器など）を用いる方法などが挙げられる。

プラズマ３に電流が流れると、プラズマ３の温度は急激に上昇する。その結果、プラズマ媒体の電離が促進され、極端紫外光などの短波長の光を含むプラズマ光８が放出される。このように、電流はプラズマ媒体を電離する。しかしながら、この電流の一部（大部分）は、プラズマ媒体の電離に殆ど或いは全く寄与することなく、電源装置１０に帰還する。

電源装置１０及びプラズマ光源２０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２０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２０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１０は、電気エネルギーをプラズマ光源２０の電極２２、２４に供給する電気エネルギー供給部１１を備えている。電気エネルギー供給部１１は、上記の電気エネルギーを蓄積する蓄電部１２を有する。また、電源装置１０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１１の蓄電部１２に再蓄積する電気エネルギー回生部１３を備える。

図２に示すように、電気エネルギー供給部１１の蓄電部１２は例えば電荷を蓄積するコンデンサである。電源装置１０の作動初期において、電荷は、電気エネルギー供給部１１に接続する高電圧電源４０から供給される。即ち、蓄電部１２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１２は電気エネルギーが流入、流出する第１端子１２ａ及び第２端子１２ｂを有する。蓄電部１２の第１端子１２ａは高電圧電源４０の出力及びプラズマ光源２０の電極２２に接続する。蓄電部１２の第２端子１２ｂはプラズマ光源２０の電極２４に接続している。第２端子１２ｂは、プラズマ光源２０から帰還した電流を受けるため、第２端子１２ｂの接続先は、電源装置１０のコモン側とも言える。なお後述の通り、蓄電部１２の第２端子１２ｂとプラズマ光源２０の電極２４との間には、電気エネルギー回生部１３の逆流阻止部（第１の逆流阻止部）１４ａが挿入されている。

電気エネルギー回生部１３は、プラズマ３中を流れ、電源装置１０に帰還した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１１の蓄電部１２に再蓄積させる。つまり、電気エネルギー回生部１３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２に示すように、電気エネルギー回生部１３は、プラズマ３の発生時に電気エネルギー回生部１３を流れる電流の逆流を阻止する逆流阻止部（第１の逆流阻止部）１４ａと、蓄電部１２による電気エネルギーの再蓄積時に、蓄電部１２の端子１２ａ、１２ｂ間を電気的に接続するスイッチ部１５と、蓄電部１２による電気エネルギーの再蓄積時に、スイッチ部１５を介して蓄電部１２の端子１２ａ、１２ｂ間に流れる電流の逆流を阻止する逆流阻止部（第２の逆流阻止部）１４ｂとを含んでいる。

逆流阻止部１４ａ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１４ａは、プラズマ光源２０の電極（負極）２４と蓄電部１２の第２端子１２ｂとの間に挿入される。逆流阻止部１４ａは、蓄電部１２の端子１２ａからプラズマ光源２０を介して蓄電部１２の端子１２ｂ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１４ａと同じく、逆流阻止部１４ｂ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１４ｂは、スイッチ部１５が閉じることによって蓄電部１２の第２端子１２ｂから第１端子１２ａに至る閉回路１６が形成されたとき、この閉回路１６において第２端子１２ｂから第１端子１２ａ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１５と逆流阻止部１４ｂは、蓄電部１２の第１端子１２ａと第２端子１２ｂ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２０を介さずに、蓄電部１２の第２端子１２ｂからスイッチ部１５を介して第１端子１２ａに至る回路１６を回生回路と称する。

スイッチ部１５は、回生信号に基づいた回生回路１６の開閉を行う。即ち、回生信号がスイッチ部１５に入力されると、スイッチ部１５は回生回路１６を閉じる。一方、回生信号が途絶えるとスイッチ部１５は回生回路１６を開く。スイッチ部１５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３２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１２への再充電は、プラズマ３の残存による電極２２、２４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１５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３２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１３は、回生回路１６に設けられる電源部１７を更に備えてもよい。電源部１７は、蓄電部１２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１３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１７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１２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１２に生じる電圧は、当初の電圧よりも低い。電源部１７はこの差を補填し、蓄電部１２に発生する電圧を、当初の電圧に戻す。なお、電源部１７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１３は、放電時にプラズマ光源２０またはプラズマ光源２０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１８を含んでもよい。プラズマ光源２０内で発生する放電は非常に大きく、上述した振動電流や放電による誘導電流が発生する。このような電流が電気エネルギー回生部１３に進入した場合、電気エネルギー回生部１３が損傷を受けることがある。特に、電源部１７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１７は損傷を受けやすい。本実施形態に係るインダクタ１８は、電源部１７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。例えば、図２に示すように、インダクタ１８は電源部１７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。

また、プラズマ光源２０が一本の中心電極と、その周りに設置された複数の外部電極とを備える場合（図５参照）、中心電極と各外部電極との間で放電が発生する。従って、電気エネルギー供給部１１および電気エネルギー回生部１３は放電の発生箇所の数（即ち、中心電極と外部電極の組み合わせの数）だけ必要になる。この場合、配線の増加などの理由によって誘導電流が発生しやすくなる。インダクタ１８の挿入はこの誘導電流による回路の損傷を抑制する。

本実施形態に係る電源装置１０の動作について説明する。図３（ａ）〜図３（ｆ）は、電源装置１０の動作を説明するための図である。なお、各図において動作に寄与していない配線を点線で示している。

図３（ａ）は電源装置１０の初期状態を示している。初期状態では、高電圧電源４０によって電気エネルギー供給部１１の蓄電部１２に電圧が印加され、電極２２、２４間の放電及びプラズマ３の成長に必要な電気エネルギーが蓄積される。このときスイッチ部１５はオフとなっている。従って、実質的には図３（ａ）において実線で示す回路が動作している。なお、各図において蓄電部（コンデンサ）１２の第１端子１２ａ及び第２端子１２ｂに示す「＋」または「−」の記号及び数は、各端子に蓄積した電荷の極性及び量をそれぞれ模式的に示している。

次に図３（ｂ）に示すように、電極２２に向けてレーザー装置３０からレーザー光３２が照射される。レーザー光３２が照射された領域ではアブレーションが発生する。一方、電極２２、２４間には既に高電圧が印加されている。アブレーションは電極２２、２４間の放電２を誘発し、この放電２によって電極２２、２４間に導入されたプラズマ媒体の中性ガスが電離する。なお、プラズマ媒体の導入は、上述の通り、アブレーションによるものでもよく、蒸発器などの他の機器を用いたものでもよい。

放電２によるプラズマ媒体の電離によってプラズマ３が発生する。プラズマ３には蓄電部１２の第１端子１２ａから第２端子１２ｂに向かう電流が流れ、プラズマ３は加熱される。つまり、蓄電部１２に蓄積した電気エネルギーがプラズマ３に投入される。その結果、図３（ｃ）に示すように、プラズマ３の温度は急激に上昇して、極端紫外光などのプラズマ光８が放出される。

プラズマ３に流れる電流の値は、プラズマ３が発生した直後から急激に上昇し、短時間（例えば数マイクロ秒）のうちに最大に達した後、同様の時間で減少し、電流は０になる。ここで、電気エネルギー供給部１１とプラズマ光源２０との間のインピーダンス整合が得られていないことを考慮すると、電流は単純に減少せずに減衰振動しようとする。従って、図３（ｄ）に示すように、電流が０のときは、蓄電部１２には蓄積当初と逆の極性の電荷が蓄積される。ただし、その量はプラズマ３の発生および成長に寄与した分だけ、当初蓄積された量よりも小さい。なお、高電圧電源４０の出力インピーダンスは非常に高いため、高電圧電源４０は蓄電部１２に発生する電圧変化に追随できず、プラズマ発生時に変化する蓄電部１２の電荷を補償することはできない。

電気エネルギー回生部１３を設けない場合、蓄電部１２に蓄積された電荷によって、蓄電部１２の第２端子１２ｂからプラズマ３を介して第１端子１２ａに向かう逆電流が発生する。この逆電流によって蓄電部１２には蓄積当初と同じ極性の電荷が再び蓄積され、この電荷によって、放電当初と同じく順方向の電流が再び発生する。このように、順方向及び逆方向の電流が交互に繰り返されながら減衰していく。

一方、電気エネルギー回生部１３を設けた場合、逆流阻止部１４ａによって蓄電部１２に蓄積された電荷による逆電流は阻止される。従って、図３（ｄ）に示すように、蓄電部１２には蓄積当初と逆の極性の電荷が蓄積され、その状態が維持される。その後、図３（ｅ）に示すように、放電発生時から所定の時間をおいて回生信号がスイッチ部１５に入力され、スイッチ部１５はオンになる。なお、回生信号がスイッチ部１５に入力される時点でプラズマ３は既に消滅している。従って、実質的には図３（ｅ）に示すように、回生回路１６内だけが動作し、電流は回生回路１６内のみを流れる。

スイッチ部１５がオンになると、蓄電部１２からは蓄積された電荷によって電流が回生回路１６に流れ出し、蓄電部１２には蓄積当初と同じの極性の電荷が再び蓄積される。スイッチ部１５のオン状態は、蓄電部１２に、スイッチ部１５がオン状態となる直前に蓄積されていた電気エネルギーとほぼ同程度の量が再び蓄積されるまで維持される。従って、スイッチ部１５が再びオフ状態となったとき、蓄電部１２には、蓄積当初と同じ極性の電圧が発生する。即ち、スイッチ部１５が再びオフ状態となったとき、蓄電部１２には電気エネルギーが再び蓄積される。再蓄積された電気エネルギーは、例えば当初の７０％程度であり、次回の放電に利用できる。

ただし、蓄電部１２への再蓄積によって発生した電圧は、プラズマ３の発生および成長に寄与した分だけ、当初の電圧（即ち高電圧電源４０の出力電圧）よりも低くなっている。従って、高電圧電源４０の出力電圧にもよるが、電気エネルギーの再蓄積を繰り返すだけでは、次回の放電に利用できる電気エネルギーが不足してしまう可能性がある。上述の電源部１７は、この不足分を補償する。即ち、図３（ｆ）に示すように、蓄電部１２への電気エネルギーの再蓄積を行っている間に、プラズマ３の発生および成長に寄与した分の電気エネルギーを、蓄電部１２に供給する。これにより、蓄電部１２には当初の電圧と同じ電圧が発生する。その後、スイッチ部１５は再びオフになり、回生回路１６には電流が流れなくなり、電源装置１０は図３（ａ）に示す状態に至る。

以上のように、本実施形態によれば、放電を繰り返すプラズマ光源において、電気エネルギー供給部に蓄積した電気エネルギーの一部を次回の放電に再利用することができる。つまり、プラズマの生成に用いられる電気エネルギーを効率的に活用することができる。換言すれば、プラズマ光源システム全体のエネルギー消費量を削減することができる。

また、電気エネルギーを再利用できるため、従来の光源システムのように、各放電に必要な電気エネルギーの総量を電源が毎回供給する必要がない。つまり、本実施形態では放電に必要な電気エネルギーの一部を供給すれば十分であり、電源（本実施形態における電源部１７や高電圧電源４０）の容量を低減できる。これは各電源の小型化、率いてはプラズマ光源システム全体の小型化に寄与する。

さらに、本実施形態によれば、従来のプラズマ光源システムで発生していた放電時の電流の振動が排除される。従って、プラズマの加熱に寄与しない不要な電流を短時間に遮断することができる。その結果、プラズマ光源の熱的損傷や種々の回路の故障を抑制することができる。

なお、図４に示すように、上述の逆流阻止部１４ａ、１４ｂと同様の構成をもった第３の逆流阻止部１４ｃ及び第４の逆流阻止部１４ｄをそれぞれ、プラズマ光源２０の電極２２および電源部１７のコモン側に対して直列に接続してもよい。この場合もインダクタ１８と同様の効果が得られ、回路を保護する。

プラズマ光源２０及びレーザー装置３０の例について説明する。
図５は、一例としてのプラズマ光源の概略構成図（断面図）である。図５に示すように、プラズマ光源２０は、一対の同軸状電極２１、２１を備える。なお、図５において右側の同軸状電極２１は、左側の同軸状電極２１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２１、２１は真空槽（図示せず）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２１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２１、２１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２１には、電源装置１０により同極性の放電電圧が印加される。なお、真空槽内は、真空ポンプ（図示せず）によってプラズマ３の発生に適した圧力に保持される。

図５および図６に示すように、各同軸状電極２１は、中心電極２２と、複数の外部電極２４と、絶縁体２５とを備える。中心電極２２は図１の電極２２に対応し、各外部電極２４は図１の電極２４に対応する。中心電極２２は、各同軸状電極２１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２２は、対称面Ｓに面する先端部２２ａと、先端部２２ａ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２８と、媒体保持部２８の後方に設けられる基部２２ｂとから一体的に構成される。

媒体保持部２８は多孔質の材料で形成され、中心電極２２の後部に接続するリザーバ（図示せず）から中心電極２２に形成された導入路（図示せず）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２８（中心電極２２）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２８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２２ａ及び基部２２ｂ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２２ａ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２２ａ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２２ｂは、先端部２２ａ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５に示すように、外部電極２４は、中心電極２２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２４は例えば中心電極２２と平行に配される。外部電極２４は、中心電極２２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２４の端面は曲面、平面の何れでもよい。また、図６に示すように、中心電極２２と一定の間隔を隔てながら、中心電極２２の周方向に沿って角度θ毎に配置されている。換言すると、各外部電極２４は中心電極２２と平行に配置され、中心電極２２の周囲を囲んでいる。図６に示す例では、６本の外部電極２４が中心電極２２の周りで６０°毎に配置されている。

図６に示すように、各外部電極２４はその軸方向に垂直な面において、中心電極２２との距離が最短となる点Ｇを１点だけ含む断面を有する。このような形状の断面は、例えば円である。外部電極２４の断面形状は、この円形に限られず、少なくとも中心電極２２に対向する面が、中心電極２２に向かって突出する曲面を有していればよい。また、何れの場合も、点Ｇが中心電極２２の周りで角度θ毎に配置される。

各外部電極２４は中心電極２２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２４は中心電極２２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２４の本数も６本に限定されず、中心電極２２及び外部電極２４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２２の周りに複数の外部電極２４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２４と中心電極２２との間で発生させることができる。即ち、各点Ｇを放電経路に含む初期放電を優先的に発生させることで、当該初期放電を中心電極２２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２５は例えばセラミックを用いて形成され、中心電極２２と外部電極２４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２５は例えば円盤状に形成され、中心電極２２及び外部電極２４が貫通する貫通孔を有する。

レーザー装置３０は、各同軸状電極２１の中心電極２２の媒体保持部２８にレーザー光３２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３２として出力する。レーザー光３２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３２は媒体保持部２８に照射される。具体的には、レーザー光３２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２２の媒体保持部２８に照射される。媒体保持部２８においてレーザー光３２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、放電の発生箇所は、レーザー光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、レーザー装置３０は、各中心電極２２の中心軸Ｚに対して対称な位置にレーザー光３２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２２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。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。

次に、図５に示すプラズマ光源２０の動作を説明する。
図５に示すように、放電電圧が印加された状態で、各同軸状電極２１における媒体保持部２８には、レーザー装置３０のレーザー光３２が同時に照射される。その直後、中心電極２２と各外部電極２４の間で初期放電が発生する。その後、中心電極２２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２１において、媒体保持部２８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５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２１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２２の円周側面から先端部２２ａに移行する。換言すれば、電流は先端部２２ａ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２２ａ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２２ａ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２１で進行するため、プラズマ媒体は、一方の同軸状電極２１から他方の同軸状電極２１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２１が対向する中間位置（即ち、中心電極２２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２２の先端部２２ａに各放電２の電流が集中する。従って、先端部２２ａ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１０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り、プラズマ光８を長時間に亘っ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…光源システム、２…放電（面状放電）、３…プラズマ、８…プラズマ光、１０…電源装置、１１…電気エネルギー供給部、１２…蓄電部、１３…電気エネルギー回生部、１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ…逆流阻止部、１５…スイッチ部、１７…電源部、１８…インダクタ、２０…プラズマ光源、３０…レーザー装置、４０…高電圧電源

Claims (4)

1. 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の電源装置であって、
   電気エネルギーを蓄積する蓄電部を有し、前記蓄電部に蓄積した電気エネルギーを前記プラズマ光源の前記電極に供給する電気エネルギー供給部と、
   プラズマ中を流れる電気エネルギーの一部を回収し、前記電気エネルギー供給部の前記蓄電部に再蓄積する電気エネルギー回生部と
   を備え、
   前記電気エネルギー回生部は、
   前記蓄電部による電気エネルギーの再蓄積時に、前記電気エネルギー回生部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電源部を備えることを特徴とするプラズマ光源の電源装置。
2. 前記電気エネルギー回生部は、
   プラズマの発生時にプラズマ光源を介して流れる電流の逆流を阻止する第１の逆流阻止部と、
   前記蓄電部による電気エネルギーの再蓄積時に、前記蓄電部の端子の間を電気的に接続するスイッチ部と、
   前記蓄電部による電気エネルギーの再蓄積時に、前記スイッチ部を介して前記蓄電部に流れる電流の逆流を阻止する第２の逆流阻止部と
   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の電源装置。
3. 前記電気エネルギー回生部は、放電時に前記プラズマ光源または前記プラズマ光源を収容する真空槽から回り込むノイズ電流を阻止するインダクタを含むことを特徴とする請求項１または２に記載のプラズマ光源の電源装置。
4. 前記プラズマ光源は、単一の軸線上に延びる棒状の中心電極と、前記中心電極の外周を囲むように設けられた複数の外部電極とを有し、対称面を挟んで互いに対向配置される一対の同軸状電極を備え、
   前記電気エネルギー供給部及び前記電気エネルギー回生部は、前記中心電極と各前記外部電極との間にそれぞれ設けられることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載のプラズマ光源の電源装置。