JP6717112B2 - プラズマ光源 - Google Patents

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電位差を発生させている状態において、中心電極と外部電極との間にプラズマ媒質の蒸気を供給して放電を発生させる。特許文献１では、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（媒質蒸気）は、固体又は液体のプラズマ媒質にレーザ光が照射されることで、プラズマ媒質から蒸発して発生する。中心電極及び外部電極を備える同軸状電極は、プラズマを発生させるプラズマ源として機能する。中心電極と外部電極との間に媒質蒸気が供給されて、発生した初期プラズマは、電磁力によって中心電極の先端に移動して収束し高温・高密度状態になる。

特許文献１に記載の従来技術は、対向型プラズマフォーカス方式が適用され、同軸状電極が中心電極の軸線方向に対向して配置されている。この特許文献１では、両側から中心電極の先端に到達したプラズマを衝突させて、プラズマをより高温・高密度の状態として、極端紫外光を発生させている。従来技術では、レーザ強度を上げることで、媒質蒸気の発生量を増加させて、中心電極と外部電極との間に供給される媒質蒸気の供給量を増やし、極端紫外光の発光量を増大させようとしていた。しかしながら、単に、媒質蒸気の供給量を増加させても、初期放電の開始のタイミングが早まるだけであり、極端紫外光の発光量を調整することは困難であった。

本発明は、媒質蒸気の分布を調整して、極端紫外光の発光量を調整することが可能なプラズマ光源を提供することを目的とする。

本発明のプラズマ光源は、中央面を挟んで対向する一対の同軸状電極を備えたプラズマ光源であって、同軸状電極は、中央面と直交する方向に延在する中心電極と、中心電極の軸線を中心とする仮想円の周方向に離間し、中央面に向かって延在する複数の外部電極と、を備え、プラズマ光源は、周方向に隣り合う外部電極を結ぶ仮想線よりも外側で、プラズマ媒質を保持するプラズマ媒質保持部と、プラズマ媒質保持部に保持されたプラズマ媒質にレーザを照射するレーザ照射部と、プラズマ媒質保持部と外部電極との間に配置され、プラズマ媒質保持部で蒸発した媒質蒸気を通過させる開口が形成されて媒質蒸気が拡散する方向を制限する制限部と、を備え、制限部は、媒質蒸気が通過可能な開口の大きさを可変とする開口可変機構を含む。

このプラズマ光源では、プラズマ媒質保持部で蒸発した媒質蒸気のうち一部は、制限部の開口を通り抜け、制限部によって拡散する方向が制限されて、放電開始位置（所望の位置）に好適に供給される。また、制限部は、媒質蒸気が通過可能な開口の大きさを可変とする開口可変機構を含む構成であるので、開口の大きさを変えて、媒質蒸気が拡散する範囲を調整することができる。これにより、放電開始位置の近傍における媒質蒸気の分布を調整することができる。そして、放電開始位置で発生した初期プラズマが中央面側に移動する際に、放電開始位置よりも中央面側に分布する媒質蒸気によって、初期プラズマの密度分布を調整することができる。その結果、極端紫外光の発光量を調整することができる。また、媒質蒸気が拡散する方向が制限されるので、媒質蒸気が不要な位置に拡散することを防止することができ、媒質蒸気による汚れを抑制することができる。

また、開口は、プラズマ媒質においてレーザが照射される照射面の法線が通過する位置に配置されている構成でもよい。プラズマ媒質にレーザが照射されると、レーザが照射された位置において、プラズマ媒質の照射面の法線を中心として、余弦則に沿って拡散することが想定される。法線が通過する位置に開口が配置されているので、媒質蒸気が多く飛散する方向に、開口が配置されていることになる。そのため、多くの媒質蒸気が開口を通過して、放電開始位置に供給し、濃度が薄い媒質蒸気が拡散する範囲を制限して調整することができる。

また、開口可変機構は、開口の一部を覆う遮蔽板と、遮蔽板を軸線が延在する方向に移動させる駆動部と、を備える構成でもよい。これの構成によれば、中心電極が延在する方向に遮蔽板を移動させて、同軸状電極側に露出する開口の軸線方向における長さを変えることで、媒質蒸気が分布する範囲を調整することができる。

また、遮蔽板は、軸線が延在する方向において、中央面側から張り出すように配置されて、開口の一部を覆う構成でもよい。これにより、開口の中央面側の一部を覆うように遮蔽板を配置し、遮蔽板を軸線方向に移動させることで、開口の大きさを変えることができる。このため、遮蔽板を移動させて、放電開始位置よりも中央面側における媒質蒸気の分布を調整することができる。

また、開口は、軸線と交差する方向に延びる矩形状のスリットである構成でもよい。これにより、軸線が延在する方向において、媒質蒸気が拡散する範囲を制限することができると共に、軸線と交差する方向において、媒質蒸気が拡散する範囲を確保することができる。中心電極の回りに形成された初期プラズマの周方向における分布を均一化させ易くすることができる。周方向に均一化されたリング状の初期プラズマを中心電極の先端部に収束させることで、プラズマの高温化及び高密度化を促進させて、極端紫外光の発光量を増大させることができる。

また、開口の中央面側の部分の開口幅が、当該開口の中央面とは反対側の部分の開口幅よりも狭い構成でもよい。この構成によれば、軸線が延在する方向において、放電開始位置より先端側に、比較的濃度が薄い媒質蒸気を供給することができる。これにより、放電開始位置で発生した初期プラズマが中心電極の先端側に移動するまでに、さらに媒質蒸気を供給し、プラズマの密度を高くすることができる。

また、開口の周縁の中央面側の部分は、プラズマ媒質においてレーザが照射される照射点と、中央面における軸線の位置とを結ぶ直線よりも、中央面とは反対側に存在している構成でもよい。これにより、媒質蒸気が拡散する方向が制限され、中央面を超えて、反対側の同軸状電極へ拡散する媒質蒸気を抑制することができる。

本発明によれば、媒質蒸気の分布を調整して、極端紫外光の発光量を調整することができる。

本発明の一実施形態のプラズマ光源の構成を示す図である。 図１中の仮想面における同軸状電極の端面、及び軸線方向から見たプラズマ媒質供給部の配置を示す図である。 中央面を挟んで対向して配置された一対の同軸状電極及びプラズマ媒質供給部を示す側面図である。 図１中の制限部を示す平面図である。 図４に示す制限部の断面図である。 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７（ａ）は、第１変形例に係る制限部を示す平面図である。図７（ｂ）は、第２変形例に係る制限部を示す平面図である。図７（ｃ）は、第３変形例に係る制限部を示す平面図である。図７（ｄ）は、第４変形例に係る制限部を示す平面図である。 第５変形例に係る制限部を示す平面図である。

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において同一部分又は相当部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

図１に示されたプラズマ光源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、いわゆる対向型プラズマフォーカス方式が採用されたものである。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４３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（対称面）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には真空ポンプ等（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。また、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。一対の同軸状電極１０の中心電極１１は、軸線Ａ上で互いに対向して配置されている。そして、中央面Ｐを挟んで、中心電極１１の先端部１１ａ同士が対向して配置されている（図３参照）。

中心電極１１は、高温に対して耐性の高い金属からなることが望ましい。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の先端部１１ａは、たとえば半球状をなしている。中心電極１１の側面１１ｂは、たとえば円錐状をなしている。

外部電極１２は、対向する同軸状電極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る構成でもよい。例えば、図３に示されるように円錐状をなす中心電極１１の側面１１ｂ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１１ｂ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、高温に対して耐性の高い金属からなることが望ましい。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、外部電極１２は、図２に示されるように、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を中心とする仮想円Ｆ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、アーク放電）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（図６参照）。

図１に示される絶縁体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、たとえば２台の高圧電源（ＨＶ Ｃｈａｒｇｉｎｇ Ｄｅｖｉｃｅ）２１，２２を備える。高圧電源は１台でもよく、３台以上でもよい。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、たとえば電源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、中心電極１１の周方向における放電分布に偏りが生じて、偏在的に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。

媒質蒸気形成部３０は、レーザ装置（レーザ照射部）３１を備える。また、媒質蒸気形成部３０は、ビームスプリッタ（ハーフミラー）３４及びミラー３５を含む。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３２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４３の蒸気（媒質蒸気Ｖ）が発生する。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、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（照射面）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Ｖとなって放出される。ここで媒質蒸気Ｖは、中性ガス又はイオンを含む。

また、レーザ光３２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、媒質蒸気Ｖの供給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（仮想円Ｆ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３４及びミラー３５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。

図１〜図３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４３を保持するものである。プラズマ媒質供給部４１は、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（プラズマ媒質保持部）４２と、を備える。プラズマ媒質４３は、必要とされる光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４３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。また、プラズマ媒質４３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。プラズマ光源１では、プラズマ媒質４３として、液体又は固体のリチウムを用いることができる。

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を備える。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。

図２に示されるように、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を中心とする仮想円Ｆの周方向において、等間隔に配置されている。

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。図１に示されるように、軸線Ａに直交する仮想平面Ｐ２を規定し、この仮想平面Ｐ２における同軸状電極１０の端面が図２に示されている。図２では、軸線Ａが延在する方向において、中央面Ｐ側から見たプラズマ媒質供給部４１の配置も図示されている。

そして、仮想円Ｆの周方向に隣り合う外部電極１２の軸線Ｂを通る仮想線Ｂ２を規定する。そうすると、同軸状電極１０では、６本の仮想線Ｂ２が規定され、これら６本の仮想線Ｂ２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、プラズマ媒質供給部４１は、保持部４２で蒸発した媒質蒸気Ｖが拡散する方向を制限する制限部５１を備える。制限部５１は、軸線Ａと直交する方向（仮想円Ｆの径方向）において、保持部４２と同軸状電極１０との間に配置されている。

制限部５１は、図３に示されるように、媒質蒸気Ｖを通過させる開口５３が形成された制限板５２を含む。また、制限部５１は、図４及び図５に示されるように、媒質蒸気Ｖが通過可能な開口５３の大きさを可変とする開口可変機構として、シャッタ（遮蔽板）５４及びアクチュエータ（駆動部）５５を備える。なお、図４では、同軸状電極１０側から制限部５１を見た場合について図示している。また、図４では、保持部４２側から同軸状電極１０を見た場合において、対応する位置に、軸線Ａ及び放電開始位置Ｈを図示している。また、図３では、シャッタ５４及びアクチュエータ５５の図示を省略している。

制限板５２の厚み方向は、たとえば中央面Ｐに沿う方向に配置されている。制限板５２は、たとえば中央面Ｐに直交するように配置されている。制限板５２は、図４に示されるように、矩形状を成すように形成されている。制限板５２の長手方向は、軸線Ａが存在する方向に沿うように配置されている。なお、制限板５２の形状は、矩形状に限定されず、たとえば、円形、台形などその他の形状でもよい。

開口５３は、制限板５２の板厚方向に貫通している。開口５３は、板厚方向から見て矩形状を成すように形成されている。開口５３では、軸線Ａ方向と交差する方向に延びる辺５３ａ，５３ｂが、軸線Ａに沿う方向に配置された辺５３ｃよりも長い矩形状を成している。開口５３の大きさ及び位置は、この開口５３を通過した媒質蒸気Ｖが所望の位置（放電開始位置Ｈ）に到達できるように設定される。

具体的には、図５に示されるように、プラズマ媒質４３において、レーザが照射される位置であるレーザ照射位置（照射点）４３ａを通り、当該レーザ照射面と直交する法線（Ｌｖ）が通過するように開口５３が配置されている。また、開口５３では、軸線Ａが延在する方向において、レーザ照射位置４３ａよりも前側の長さＬ５３ａが、レーザ照射位置４３ａよりも後側の長さＬ５３ｂより長くなっている。図４に示されるように、長さＬ５３ａは、軸線Ａが延在する方向において、レーザ照射位置４３ａと中央面Ｐ側の辺５３ａとの間の長さであり、長さＬ５３ｂは、軸線Ａが延在する方向において、レーザ照射位置４３ａと中央面Ｐとは反対側の辺５３ｂとの間の長さである。前側とは、軸線Ａが延在する方向において、中央面Ｐ側であり、後側とは、軸線Ａが延在する方向において、中央面Ｐとは反対側である。

また、開口５３の軸線Ａと交差する方向の長さは、たとえば、軸線Ａを挟んで対向する外部電極１２間に媒質蒸気Ｖを拡散できるように設定される。

シャッタ５４は、開口５３の一部を覆う板状の部材である。シャッタ５４の幅（軸線Ａと交差する方向の長さ）は、開口５３の幅より大きい。シャッタ５４は、たとえば、制限板５２の同軸状電極１０側の面に沿って配置されて、この面に沿ってスライド可能に保持されている。

シャッタ５４は、軸線Ａが延在する方向において、開口５３より中央面Ｐ側に配置されている。シャッタ５４の一部は、開口５３の中央面Ｐ側の辺５３ａから、中央面Ｐとは反対側に張り出すように配置されている。シャッタ５４の中央面Ｐとは反対側の端部５４ｂは、軸線Ａと交差する方向に開口５３を横切るように配置されている。

シャッタ５４の幅方向の両端部５４ａは、一対のガイド部材５７によって保持されている。一対のガイド部材５７は、軸線Ａが延在する方向に沿って配置され、制限板５２に固定されている。ガイド部材５７は、シャッタ５４の幅方向の両端部５４ａを制限板５２に対して保持すると共に、シャッタ５４の移動を軸線Ａ方向に案内する。

アクチュエータ５５は、シャッタ５４を移動させるための駆動部であり、たとえば、真空環境内に配置することができるエアシリンダである。アクチュエータ５５は、たとえばシャッタ５４の幅方向の中央（軸線Ａに対応する位置）に配置されている。アクチュエータ５５は、軸線Ａが延在する方向に伸長、収縮することができる。アクチュエータ５５は、制限板５２に固定され、シャッタ５４より中央面Ｐ側に配置されている。

アクチュエータ５５には、図示しないケーブルが接続されている。このケーブルは真空シール部によってシールされてチャンバ２を貫通し、チャンバ２の外部のコントローラに接続されている。アクチュエータ５５は、コントローラから出力された指令信号に従って作動する。

アクチュエータ５５を伸長させることで、シャッタ５４を中央面Ｐとは反対側に移動させることができる。これにより、シャッタ５４が開口５３を覆う面積が増加し、媒質蒸気が通過可能な開口の大きさを調整することができる。軸線Ａが延在する方向における開口の長さを短く調整することができる。

また、シャッタ５４には、圧縮コイルバネ５６が連結されている。圧縮コイルバネ５６は、軸線Ａが延在する方向に沿って配置されている。圧縮コイルバネ５６の一端は、シャッタ５４に接続され、圧縮コイルバネ５６の他端は、制限板５２に固定された固定部５８に接続されている。圧縮コイルバネ５６は、シャッタ５４の幅方向において、アクチュエータ５５を挟んで両側に配置されている。

圧縮コイルバネ５６は、シャッタ５４を中央面Ｐ側に引き寄せる力を作用させている。アクチュエータ５５が収縮する際に、シャッタ５４が中央面Ｐ側に引っ張られて移動する。これにより、開口５３が覆われている面積が縮小されて、媒質蒸気Ｖが通過可能な開口の面積が拡大されて調整される。

また、開口５３の中央面Ｐ側の辺５３ａ（開口の周縁の中央面側の部分）は、図３及び図５に示されるように、レーザ照射位置４３ａと中央面Ｐにおける軸線Ａが通る位置Ｐ_Ａとを結ぶ直線Ｌｃに対応して配置されている。辺５３ａは、たとえば直線Ｌｃ上に配置されている。辺５３ａは、軸線Ａが延在する方向において、直線Ｌｃよりもレーザ照射位置４３ａ側に配置されていてもよい。また、シャッタ５４の中央面Ｐとは反対側の端部５４ｂは、軸線Ａが延在する方向において、直線Ｌｃよりもレーザ照射位置４３ａ側に配置されて、媒質蒸気Ｖが拡散する範囲を抑制することができる。

また、プラズマ媒質４３の照射面の法線（Ｌｖ）が延在する方向において、制限板５２をプラズマ媒質４３に接近させるほど、開口５３の大きさを小さく設定することができると共に、制限板５２の面積を小さくする。これにより、シャッタ５４の移動量を抑えて、開口５３を通過する媒質蒸気Ｖの量を調整することができる。

また、制限部５１は、制限板５２の周囲を囲むように配置された側壁（不図示）を備える構成でもよい。側壁は、制限板５２の４辺からプラズマ媒質供給部４１側に延びるように配置されている。このような側壁によって、プラズマ媒質供給部４１で蒸発した媒質蒸気Ｖの側方への拡散を防止することができる。ここでの「側方」とは、プラズマ媒質４３の表面に沿う方向をいう。また、制限板５２及び側壁の材質としては、レーザ光を透過可能なものでもよく、レーザ光を透過しないものでもよい。制限板５２及び側壁は、媒質蒸気Ｖの拡散を抑制できればよい。

また、図３に示されるように、軸線Ａが延在する方向において、放電開始位置Ｈと中央面Ｐとの距離Ｌ_１は、たとえば１５ｍｍである。放電開始位置Ｈは、媒質蒸気Ｖが供給されて放電が開始されて、初期プラズマが発生する位置である。放電開始位置Ｈは、初期プラズマが加速されて所望のエネルギが得られるように設定される。距離Ｌ_１を長くすることにより、初期プラズマが加速される距離を増加させることができる。

次に、プラズマ光源１の動作について説明する。

まず、チャンバ２内は、プラズマ（初期プラズマ）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。電圧印加装置２０は、電源２１，２２によりコンデンサＣに電荷を予め蓄積（充電）し、同軸状電極１０に放電電圧を印加する。

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。これにより、プラズマ媒質４３の表面のレーザ照射位置４３ａでプラズマ媒質４３が蒸発して、媒質蒸気Ｖが発生する。媒質蒸気Ｖは、プラズマ媒質４３の表面の法線方向に拡散する。たとえば法線を中心として、余弦則に沿って拡散することが想定される。

プラズマ媒質４３から蒸発した媒質蒸気Ｖの一部は、制限板（遮蔽部）５２によって遮蔽される。これにより、媒質蒸気Ｖが拡散する方向が制限される。媒質蒸気Ｖの残りの一部は、一対の開口５３を通過して、媒質蒸気Ｖの濃度が高い部分は、法線に沿って同軸状電極１０に向かって進行する。媒質蒸気Ｖは、設定された放電開始位置Ｈに供給される。

また、図５に示されるように、法線と直交する方向において、法線から離れた領域には、媒質蒸気Ｖの濃度が低い部分Ｖ_１が形成されている。このように、濃度が低い部分Ｖ_１は、法線（Ｌｖ）に対して所定の角度で傾斜する直線Ｌｖ_１に沿って同軸状電極１０に向かって進行する。媒質蒸気の濃度が低い部分Ｖ_１は、同軸状電極１０において、放電開始位置Ｈより中央面Ｐ側に供給される。これにより、放電開始時の同軸状電極１０において、放電開始位置Ｈよりも中央面Ｐ側には、放電開始位置Ｈにおける媒質蒸気Ｖの濃度よりも薄い濃度の媒質蒸気（Ｖ_１）が分布することになる。

そして、媒質蒸気Ｖが、放電開始位置Ｈ近傍に到達し、中心電極１１と外部電極１２との間における媒質蒸気Ｖの濃度が上昇すると、図６に示されるように、電圧印加装置２０において、電流経路Ｋが形成され、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、電流経路Ｋにおいて、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。このようにして、放電開始位置Ｈにおいて放電が開始され、中心電極１１の周方向に沿うリング状（面状）の面状放電６が生じる。

また、一対の保持部４２で保持されたプラズマ媒質４３から蒸発した蒸気は、対向する同軸状電極１０同士で、同じタイミングで、同じ濃度分布となるように供給される。そのため、一対の同軸状電極１０において、媒質蒸気Ｖの濃度が同様に上昇し、一対の同軸状電極１０において同時に面状放電６が発生する。すなわち、全ての制限部５１において、媒質蒸気Ｖが通過可能な開口５３の大きさは同じとなっている。

そして、面状放電６は、中心電極１１と外部電極１２との間で放電しながら、自己磁場（電磁力）によって、軸線Ａ方向に中心電極１１の先端部１１ａに向かって移動する。換言すると、一対の同軸状電極１０で発生した初期プラズマは、中央面Ｐに向かって両側から進行する。

また、面状放電６が中央面Ｐに向かって移動する際に、放電開始位置Ｈよりも中央面Ｐ側には、濃度が薄い媒質蒸気Ｖ_１が分布しているので、これらの媒質蒸気Ｖ_１によって面状放電６に伴う初期プラズマの密度が高くなる。

また、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。

そして、面状放電６に伴うプラズマは同軸状電極１０の先端に達する。面状放電６が中心電極１１の先端部１１ａ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から先端部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が形成される。そして、プラズマが形成された後も、面状放電６を通じて電流が流れ続け、プラズマを全体的に包囲し、プラズマを一対の中心電極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、プラズマの高密度化および高温化が進行し、イオンの電離が進行する。その結果、プラズマ媒質に応じた光を含むプラズマ光が放射される。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、プラズマ光が発生し得る。

ここで、プラズマ光源１では、運転開始前の設定時において、シャッタ５４を移動させて、開口５３のうち媒質蒸気Ｖを通過させることができる開口面積を変更することができる。シャッタ５４を移動させて、開口面積を拡大することで、放電開始位置Ｈよりも中央面Ｐ側において、濃度が低い媒質蒸気Ｖ_１が分布する範囲を拡大することができる。一方、シャッタ５４を移動させて、開口面積を縮小することで、放電開始位置Ｈよりも中央面Ｐ側において、濃度が低い媒質蒸気Ｖ_１が分布する範囲を縮小することができる。

このようなプラズマ光源１によれば、保持部４２で蒸発した媒質蒸気Ｖの一部は、制限板５２の開口５３を通り抜け、制限部５１によって拡散する方向が制限されて、放電開始位置Ｈに好適に供給される。

また、プラズマ光源１によれば、媒質蒸気Ｖが通過可能な開口の大きさを可変とする開口可変機構（シャッタ５４及びアクチュエータ５５）を備えるので、開口の大きさを変えて、軸線Ａが延在する方向において媒質蒸気が拡散する範囲を調整することができる。これにより、放電開始位置Ｈの中央面Ｐ側における媒質蒸気の分布を調整することができる。そして、放電開始位置Ｈで発生した初期プラズマが中央面側に移動する際に、放電開始位置Ｈよりも中央面側に分布する媒質蒸気によって、初期プラズマの密度を増加させるように調整することができる。その結果、極端紫外光の発光量を調整することができる。

また、プラズマ光源１によれば、媒質蒸気Ｖが拡散する方向が制限されるので、媒質蒸気が不要な位置に拡散することを防止することができる。これにより、ビームスプリッタ３４及びミラー３５の汚れを防止することができ、レーザ光３２の強度の低下を抑制することができる。

なお、プラズマ光源１では、放電開始位置Ｈよりも中央面Ｐ側に、放電開始位置Ｈにおける媒質蒸気の濃度よりも低い濃度の媒質蒸気を分布させている。想定していた放電開始位置Ｈよりも中央面Ｐ側に高い濃度の媒質蒸気が分布すると、この位置で放電が開始されるので、所望の走行距離を確保することができず、初期プラズマのエネルギを増加させることができない。また、放電開始位置Ｈに、より高い濃度の媒質蒸気を供給した場合には、媒質蒸気の濃度が一定値に達したときに初期放電が開始されるため、より高い濃度の媒質蒸気を供給しても、初期プラズマのエネルギを増加させることはできず、極端紫外光の発光量を調整することはできない。プラズマ光源１では、放電開始位置Ｈよりも中央面Ｐ側に、初期放電が開始しない程度の濃度の媒質蒸気Ｖを分布させておくことで、初期プラズマの中央面Ｐ側への移動に伴って初期プラズマのエネルギを増大させることができ、極端紫外光の発光量を増大させることができる。

次に、図７を参照して変形例に係る制限板５２Ｂ〜５２Ｅについて説明する。制限板５２Ｂ〜５２Ｅが、制限板５２と違う点は開口（貫通孔）６１，６２，６５，６８の形状が異なっている点である。開口６２，６５，６８では、中央面Ｐに近い方の部分が、中央面Ｐより遠い方の部分よりも開口幅（軸線Ａと交差する方向の長さ）が狭くなっている。

図７（ａ）に示される第１変形例の制限板５２Ｂの開口６１は、軸線Ａと交差する方向に延びる辺６１ａが軸線Ａに沿う方向に配置された辺６１ｂよりも長い矩形状を成すスリットである。

図７（ｂ）に示される第２変形例の制限板５２Ｃの開口６１には、中央面Ｐに近い方にスリット部分６３よりも開口幅が狭い拡張部分６４が形成されている。この拡張部分６４は、平面視（厚み方向から見て）において矩形状を成している。中央面Ｐ側の辺６４ａは、放電開始位置Ｈに近い方の辺６３ａよりも短くなっている。辺６４ａは、たとえば直線Ｌｃよりも法線（Ｌｖ）に近い方に配置されている。

図７（ｃ）に示される第３変形例の制限板５２Ｄの開口６５には、中央面Ｐに近い方にスリット部分６６よりも開口幅が狭い部分を含む拡張部分６７が形成されている。この拡張部分６７は、平面視において三角形を成している。拡張部分６７の辺（斜辺）６７ａは、たとえば直線Ｌｃよりも法線（Ｌｖ）に近い方に配置されている。

図７（ｄ）に示される第４変形例の制限板５２Ｅの開口６８には、中央面Ｐに近い方にスリット部分６９よりも開口幅が狭い部分を含む拡張部分７０が形成されている。この拡張部分７０は、平面視において半円状（半楕円状）を成している。拡張部分７０の辺７０ａは、たとえば直線Ｌｃよりも法線（Ｌｖ）に近い方に配置されている。

このように、開口６２、６５、６８の中央面Ｐ側の拡張部分６４，６７，７０の開口幅が、開口６１、６２、６５、６８の中央面Ｐとは反対側に配置されたスリット部分６３、６６、６９の開口幅よりも狭くなっていると、軸線Ａが延在する方向において、放電開始位置Ｈより先端部１１ａ側に、放電開始位置Ｈと比較して濃度が薄い媒質蒸気Ｖを供給することができる。これにより、放電開始位置Ｈで発生した初期プラズマが中心電極１１の先端部１１ａに移動するまでに、さらに媒質蒸気Ｖを供給し、プラズマの密度を高くすることができる。この結果、プラズマのエネルギを増大させて、極端紫外光の発光量を増大させることができる。

次に、図８を参照して第５変形例に係る制限部５１について説明する。図８に示す制限部５１が、図４に示す制限部５１と違う点は、アクチュエータ５５及び圧縮コイルバネ５６の配置が異なっている点である。なお、第５変形例の説明において、上記の実施形態と異なる点について説明する。

図８に示されるように第５変形例に係る制限部５１では、アクチュエータ５５及び圧縮コイルバネ５６は、軸線Ａが延在する方向において、シャッタ５４に対して中央面Ｐとは反対側（後側）に配置されている。

また、アクチュエータ５５は、軸線Ａと交差する方向において、開口５３の側方の一方に配置されている。また、圧縮コイルバネ５６は、軸線Ａと交差する方向において、開口５３の側方の他方に配置されている。圧縮コイルバネ５６は、軸線Ａと交差する方向において、開口５３を挟んでアクチュエータ５５の反対側に配置されている。なお、圧縮コイルバネ５６は、軸線Ａと交差する方向において、開口５３を挟んで両側に配置されていてもよい。同様に、アクチュエータ５５は、軸線Ａと交差する方向において、開口５３を挟んで両側に配置されていてもよい。

このような第５変形例に係る制限部５１では、アクチュエータ５５を伸長させることで、シャッタ５４を中央面Ｐ側に移動させることができる。これにより、シャッタ５４が開口５３を覆う面積が縮小されて、媒質蒸気が通過可能な開口の面積が拡大されて調整される。軸線Ａが延在する方向における開口の長さを長く調整することができる。

また、圧縮コイルバネ５６は、シャッタ５４を中央面Ｐとは反対側に引き寄せる力を作用させている。アクチュエータ５５が収縮する際に、シャッタ５４が中央面Ｐとは反対側に引っ張られて移動する。これにより、シャッタ５４が開口５３を覆う面積が増加し、媒質蒸気が通過可能な開口の大きさを調整することができる。軸線Ａが延在する方向における開口の長さを短く調整することができる。

本発明は、前述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で下記のような種々の変形が可能である。

上記の実施形態では、制限部５１が制限板５２を備える構成としているが、制限部５１は制限板５２を備えるものに限定されず、例えば、ブロック体に開口が形成されているものでもよい。

また、制限部５１は、板状の部材に開口が形成された構成となっているが、複数の板状の部材を組み合わせて、開口を形成し、媒質蒸気Ｖが拡散される方向を制限するようにしてもよい。また、上記の実施形態では、制限板５２に一つの開口５３が形成されているが、複数の開口が形成されている構成でもよい。

また、制限板５２の開口５３は、法線を通過させる位置に配置されているものに限定されず、法線が通過しない位置に開口が配置されていてもよい。

また、放電開始位置Ｈにおいて、中心電極１１の側面から外部電極１２に向かって突出する突出部が形成されている構成でもよい。同様に放電開始位置Ｈにおいて、外部電極１２の側面から中心電極１１に向かって突出する突出部が形成されている構成でもよい。

また、開口可変機構は、シャッタ５４を移動させることで、媒質蒸気が通過可能な開口の大きさを変更するものに限定されず、たとえば、大きさが異なる開口が複数形成された制限板を準備し、制限板を移動させて、法線を通過する開口の位置を変えることで、開口の大きさを変化させてもよい。また、大きさが異なる開口がそれぞれ形成された複数枚の制限板を準備しておき、制限板を取り替えることで、開口の大きさを変化させてもよい。

また、シャッタ５４を駆動するアクチュエータ５５は、エアシリンダに限定されず、その他の油圧シリンダ、モータ、ボールねじなどを備えるものでもよい。また、アクチュエータは、チャンバ２の外部に配置されている構成でもよい。この場合には、アクチュエータによる駆動力を伝達する作動軸がチャンバ２を貫通し、チャンバ２の内部のシャッタ５４を移動させる。

また、シャッタ５４の移動方向は、軸線Ａが延在する方向に限定されず、その他の方向に移動するものでもよい。また、複数のシャッタ５４を備える構成でもよい。また、シャッタ５４は、開口に対して、軸線Ａと交差する方向に配置されているものでもよく、開口に対して、たとえば中央面Ｐとは反対側から張り出すものでもよい。

１ プラズマ光源
２ チャンバ
３ 排気管
６ 面状放電（初期プラズマ）
１０ 同軸状電極
１１ 中心電極
１１ａ 中心電極の先端部
１１ｂ 中心電極の側面
１２ 外部電極
１３ 絶縁体
２０ 電圧印加装置
２１ 第１高圧電源
２２ 第２高圧電源
３０ 媒質蒸気形成部
３１ レーザ装置（レーザ照射部）
３２、３２ａ、３２ｂ レーザ光
４１ プラズマ媒質供給部
４２ 保持部（プラズマ媒質保持部）
４３ プラズマ媒質
４３ａ レーザ照射位置
５１ 制限部
５２、５２Ｂ、５２Ｃ、５２Ｄ、５２Ｅ 制限板（遮蔽部）
５３、６１、６２、６５、６８ 開口（貫通孔）
５３ａ （開口の周縁の中央面側の部分）
５４ シャッタ（開口可変機構、遮蔽板）
５５ アクチュエータ（開口可変機構、駆動部）
Ａ 軸線（中心電極の軸線）
Ｂ 軸線
Ｂ２ 仮想線
ＢＳ 領域
Ｆ 仮想円
Ｈ 放電開始位置
Ｋ 電流経路
Ｐ 中央面（対称面）
Ｐ２ 仮想平面
Ｖ 媒質蒸気

Claims (7)

1. 中央面を挟んで対向する一対の同軸状電極を備えたプラズマ光源であって、
   前記同軸状電極は、前記中央面と直交する方向に延在する中心電極と、
   前記中心電極の軸線を中心とする仮想円の周方向に離間し、前記中央面に向かって延在する複数の外部電極と、を備え、
   前記プラズマ光源は、前記周方向に隣り合う外部電極を結ぶ仮想線よりも外側で、プラズマ媒質を保持するプラズマ媒質保持部と、
   前記プラズマ媒質保持部に保持された前記プラズマ媒質にレーザを照射するレーザ照射部と、
   前記プラズマ媒質保持部と前記外部電極との間に配置され、前記プラズマ媒質保持部で蒸発した媒質蒸気を通過させる開口が形成されて前記媒質蒸気が拡散する方向を制限する制限部と、を備え、
   前記制限部は、前記媒質蒸気が通過可能な前記開口の大きさを可変とする開口可変機構を含むプラズマ光源。
2. 前記開口は、前記プラズマ媒質において前記レーザが照射される照射面の法線が通過する位置に配置されている請求項１に記載のプラズマ光源。
3. 前記開口可変機構は、前記開口の一部を覆う遮蔽板と、
   前記遮蔽板を前記軸線が延在する方向に移動させる駆動部と、を備える請求項１又は２に記載のプラズマ光源。
4. 前記遮蔽板は、前記軸線が延在する方向において、前記中央面側から張り出すように配置されて、前記開口の一部を覆う請求項３に記載のプラズマ光源。
5. 前記開口は、前記軸線と交差する方向に延びる矩形状のスリットである請求項１〜４の何れか一項に記載のプラズマ光源。
6. 前記開口の前記中央面側の部分の開口幅が、前記開口の前記中央面とは反対側の部分の開口幅よりも狭い請求項１〜５の何れか一項に記載のプラズマ光源。
7. 前記開口の周縁の前記中央面側の部分は、前記プラズマ媒質において前記レーザが照射される照射点と、前記中央面における前記軸線の位置とを結ぶ直線よりも、前記中央面とは反対側に存在している請求項１〜６の何れか一項に記載のプラズマ光源。

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